LE SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE DES CELLULES EUCARYOTES

LE SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE DES

CELLULES EUCARYOTES

Présentée par Dr TOURE Dinkorma OUOLOGUEM

Bamako 06 Mars 2020

PHARMACIE 1ERE ANNÉE

Cours de Biologie Cellulaire

OBJECTIFS

1. Citer les 4 organites principaux du système endomembranaire

2. Décrire l’organisation et la composition du RE, de l’appareil de Golgi et du

lysosome

3. Citer le rôle des différents compartiments de l’appareil de Golgi

4. Citer les fonctions du RE, de l’appareil de Golgi et du lysosome

5. Citer 4 origines des matériaux dégrader par le lysosome

6. Décrire les 4 grandes étapes du transport vésiculaire

7. Définir le flux membranaire et les voies suivies par les vésicules de transport

2

PLAN

INTRODUCTION

1. GENERALITES

2. LE RETICULUM ENDOPLASMIQUE

3. L’APPAREIL DE GOLGI

4. LYSOSOME

5. TRANSPORT VESICULAIRE DANS LE SEM

CONCLUSION

3

INTRODUCTION

Les processus cellulaires sont dynamiques

et pour son fonctionnement la cellule:

• Synthétise constamment des protéines

qui vont être dirigées vers les différents

compartiments intracellulaires ou exporté

en dehors de la cellule.

• Dégrade des protéines et

macromolécules endocytées et

synthétisée par la cellule4

INTRODUCTION

Toutes les protéines synthétisées dans la cellule prennent naissance

sur les ribosomes du cytosol et, de là, sont dirigées vers 2

embranchements principaux:

- Synthèse dans le cytosol puis acheminement a l’aide de complexe

protéiques a leur destination finale: Cet embranchement concerne les

protéines destinées au cytosoplasme, au noyau et aux peroxisomes

- Synthèse et transport via le Système endomembranaire (SEM)

5

INTRODUCTION

6

PLAN

INTRODUCTION

1. GENERALITES

7

1.1. DEFINITION

Le système endomembranaire (SEM) est présent uniquement dans les

cellules eucaryotes et regroupe des compartiments intracellulaires de la cellule

qui sont limités par une seule membrane et qui communiquent entre elles par

l'intermédiaire de vésicules ou canalicules.

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1.2. LES ELEMENTS DU SEM

Les différents compartiments de ce système sont:

- le réticulum endoplasmique (RE),

- l'appareil de Golgi,

- Endosomes,

- les lysosomes.

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1.3. TANSPORT A TRAVERS LE SEM

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Membrane plasmatique Lysosome

Réticulum endoplasmique

rugueux

EndosomeAppareil de Golgi

Noyau

Membrane interne

Membrane externe

Enveloppe nucléaire

Vésicule de secretion

Transport retrograde

Transport antérograde

1.4. INTERET

• Le SEM est l’usine qui assure la synthèse de protéines et des lipides,

l’assemblage des protéines du SEM, le tri et le transport dans leur site

cellulaire d’action.

• Une défaillance de synthèse et de transport des ces protéines est a l’origine

de pathologie.

• Il est donc important de comprendre le mécanisme de synthèse,

d’assemblage et de tri des Protéines et des lipides qui sont soumis a cette

voie de transport.

11

PLAN

INTRODUCTION

1. GENERALITES


12

2.1. DEFINITION DU RETICULUM ENDOPLASMIQUE

• Le Reticulum endoplasmique (RE), est

un ensemble de cavités sous forme de

citernes ou de tubules dépourvu de

ribosomes (réticulum endoplasmique

lisse REL) ou porteur de ribosomes

(réticulum endoplasmique granulaire

REG).

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REG REL

Lumen du RE

2.2. COMPOSITION ET ORGANISATION MEMBRANAIRE

- la membrane du RE est trilamellaire,

- L’épaisseur de la membrane est plus

réduite (6nm) que celle de la

membrane plasmique.

- il y a présence de particules

globulaires intramembranaires.

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REG REL

Lumen du RE

2.2. COMPOSITION ET ORGANISATION

MEMBRANAIRE

• La composition biochimique de la membrane du RE diffère de celle de la

membrane plasmique. La membrane du RE contient:

• 30% de lipides

• 70% de protéines

• La quantité de sucre est négligeable

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Les protéines du RE regroupent:

• Les enzymes nécessaire a la synthèse des protéines, au métabolisme

des lipides, a la détoxification;

• Les glycosyltransférases: Les enzymes intervenant dans le transfert des

sucres sur les protéines;

• Les enzymes intervenant dans la synthèse des stéroïdes et la

biosynthèse des phospholipides (Synthèse dans le REL);

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La composition lipidique se caractérisent par:

• Des lipides dont les chaines aliphatiques sont plus courtes que celles

des lipides de la membrane plasmique; les acides gras sont polyinsaturés

• La membrane contiennent moins de cholestérol => Augmentation

considérable de la fluidité

• La membrane du REL contient moins de sphingomyéline et de

glycolipides.

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• Les molécules glucidiques, glycoprotéiques et glycolipidiques entrent en

rapport avec la face luminale.

• La répartition des lipides entre les deux feuillet lipidique est

asymétrique:

• Phosphatidylcholine (PC) et Sphingolipides sont abondante sur le feuillet

externe de la bicouche (face luminale)

• Phosphatidyletanolamine (PE) et Phosphatidylserine (PS) sont dans le

feuillet interne (face cytosolique)

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2.3. FONCTION DU REL:

Le REL assure:

1. Le métabolisme des lipides:

– Synthèse des phospholipides: La majeur partie des phospholipides est

synthétisée sur la face cytoplasmique de la membrane du RE par un

processus appelé la voie de Kennedy

– Synthèse d’hormones stéroïdes: En collaboration avec les mitochondrie, le

REL synthétise les hormone stéroïdiennes grace au cytochrome P450

19


Le REL assure:

– Synthèse du cholesterol (hepatocytes et enterocytes):

– Elongation des acides gras

2. La libération du glucose a partir du glucose-6-phosphate: Les

membranes du REL contiennent la Glucose-6-phosphatase qui joue un rôle

essentiel dans la libération des molécules de glucose.

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3. Détoxification = Elimination des substances toxiques par des processus de

conjugaison qui rendent les substances toxiques plus solubles. se déroule

essentiellement dans le foie, mais aussi le rein, l’intestin, les poumons et la

peau.

4. Stockage et le libération des ions de calcium: Le ions de Ca jouent le rôle

de « second messager » et régulent plusieurs fonctions cellulaire en activant

des protéines membranaires ou cytosoliques. Afin d’être utilisable rapidement ,

le Ca est donc stocker dans le RE (en plus des mitochondries et calcisomes)

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5. La chaine de transport d’electrons: La membrane du RE contient deux

chaines de transport d’électrons caractérisées par le présence d’une

hémoprotéine: le Cytochrome P450 et le cytochrome b5. Cette chaine

respiratoire diffère de la chaine respiratoire mitochondriales car elle ne produit

pas d’ATP.

6. La zone pour la sortie de protéines nouvellement synthétisées dans le

RE.

22

2.4. FONCTION DU RER

Les fonctions du RER ont été mises en

évidence en 1960-1964 par

l'expérience de Palade qui a démontré

qu’une cellule est capable de

synthétiser et de transporter des

protéines dans son cytoplasme par

l’intermédiaire de vésicules.

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Membrane du RE Polyribosome


Le RER est responsable de la biosynthèse des protéines destinées aux:

– RE

– Appareil de Golgi

– Lysosomes

– Membrane Plasmatique

– Milieu extracellulaire

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• Les protéines destinées a ces compartiments cellulaires sont soit des

protéines luminales, des protéines sécrétoires ou des protéines

transmembranaires.

• Ces protéines sont d’abord transloquées dans le RER puis acheminée a

l’aide de vésicule vers leur destinations finale.

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Le RER est le lieu ou se déroule:

• Le début de la N-glycosylation des Protéines: c.a.d. l’ensemble des

mécanismes qui se caractérise par la formation d’une liaison N-osidique

• La glypiation: c.a.d la fixation d’un radical de glycosyl-phosphatidylinositol

(GPI) sur une protéine qui peut ainsi s’attacher a une membrane

• Assemblage des protéines: Les complexes protéiques constitues de

plusieurs protéines ( qui sont synthétisées séparément) sont assemblées

dans le REG;26


• Le repliement des protéines dans la lumière du RE: le repliement des

protéines néosynthétisées dépend soit d’une protéine enzymatique (la

disulfure isomérase DPI), soit d’une protéine chaperonne (la Bip), soit de

la calnexine et de la calréticuline.

• La destruction des protéines néosynthétisées: dans les conditions

normales, les protéines mal configurées ou en quantité trop importante,

continues dans le REG sont détruites. Ces protéines sont exportées dans le

cytosol et détruite par le protéasome.

27


• La participation a la présentation des antigènes

28

RESUME

• Le REG et le REL sont deux formes du RE qui différent par la présence ou l’absence de

ribosomes accolés aux membre et l’aspect des cavités limités.

• La membrane du RE contient des enzymes en rapport avec la synthèse protéique ou

lipidique, la détoxification, le transfert des sucres.

• La membrane est asymétrique.

• Le ribosome fixe sur le translocon, synthétise des protéines membranaires ou des protéines

destinées au RE, a l’appareil de Golgi, au lysosome, a la membrane plasmique, a être

excrétées ou a former le cell coat.

• La N-glycosylation des protéines débute dans le RE pour s’achever dans l’appareil de Golgi

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RESUME

• Les protéines anormales sont transportées hors du RE, détruites dans le cytosol par le

protéasomes.

• Le RE intervient dans la biosynthèse des lipides, libération des glucides, détoxification, le

stockage du Calcium.

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PLAN

INTRODUCTION

1. GENERALITES



31

3.1. DEFINITION DE L’APPAREIL DE GOLGI

• L’ appareil de Golgi est un organite situé au voisinage du noyau, proche du

matériel péricentrosomal qui est constitué par des empilements de saccules

aplatis, associés à de nombreuses vésicules.

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Appareil de Golgi

Enveloppe nucléaire

RER

Vésicules et tubule

1µm

3.2. GÉNÉRALITÉS

• Cet organite cellulaire doit son nom au cytologiste italien

Camillo Golgi, qui en 1898, découvrit dans les cellules

nerveuses, un réseau qu’il appela «appareil réticulaire

interne» et que l’on nomme depuis: appareil de Golgi.

• L’ appareil de Golgi est le lieu de passage obligatoire de

toute les protéines synthétisées dans le ER et destinées

soit a la membrane plasmique, soit aux lysosomes, ou a

l’extérieur de la cellule.

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Camillo Golgi

3.2. GÉNÉRALITÉS

• Le Golgi intervient:

– dans la maturation des protéines

– dans le transfert des protéines a leur destination finale

– dans le stockage du calcium

• L'appareil de Golgi est l'un des organites nécessaires à la fabrication de

protéines fonctionnelles;

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3.3. ORGANISATION STUCTURELLE ET BIOCHIMIQUE

DE L’APPAREIL DE GOLGI

• L’appareil de Golgi est un organite présent dans toutes les cellules

eucaryotes.

• Son développement est très variable d’une cellule à une autre : très peu

développé dans les cellules musculaires striées, très développé dans les

cellules glandulaires et les neurones.

• Sa taille est variable dans les cellules selon: l’activité cellulaire, l’état du

cycle cellulaire, le vieillissement des individus.

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• C’est un organite généralement situé à

proximité du noyau = péricentrosomale; Sa

position dépend des microtubules et de la

dyneine.

• Ces unités de forme lenticulaire, mesurent

0,5 à 1 μm.

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L’appareil de Golgi est compose de plusieurs dictyosomes (saccules aplatis)

regroupés en trois zones:

• Cis-Golgi (CGN) : Formation tubulovesiculaire interconnectées au niveau

de la face Cis (dite endoplasmique ou réceptrice qui est en rapport avec

le REG)

• Compartiments médian du golgi (Dictyosomes median) compose de

cisternés (Cisternés Cis, Cisternés Médiane, Cisternés Trans)

• Trans-Golgi (TGN) (Structure très dynamique)

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38

TGN

Vésicules GolgiennesFace Cis

Face Trans

CGN

Vésicules de secretion

Mé

dia

le G

olg

i

Cisterné CisCisterné median

Cisterné Trans



Les trois types de citernes sont distinguées par:

1- Leur épaisseur: l’épaisseur des membranes sacculaires Cis-golgiennes

est proche de celles des parois du REL (6 nm) alors que l’épaisseur des

membranes sacculaires Trans- golgiennes se rapproche de celle de la

membrane plasmatique (7,5 à 9 nm).

2- leurs compositions biochimiques lipidiques: La composition des

membranes de l’appareil de Golgi est donc intermédiaire entre celle du

REL( Cis golgi), et le la membrane plasmatique (Trans golgi).

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3- leur composition en glycoprotéines : Les glycoproteines sont

pratiquement absentes de la face de formation, alors qu’elles sont très

abondantes dans la face de maturation.

4- leur densité: La densité du contenu des saccules évolue : il y a une

faible densité dans les saccules cis et une forte densité dans les saccules

trans. Il y a donc une augmentation de la concentration et une progression

des molécules transportées

5- leur contenu enzymatique: dans chaque compartiment, il existe une

spécificité biochimique, et au fil de la traversée les protéines seront

modifiées

40



5- leur contenu enzymatique: dans chaque compartiment, il existe une

spécificité biochimique, et au fil de la traversée les protéines seront

modifiées

41

3.4. FONCTIONS DE L’APPAREIL DE GOLGI

L’appareil de golgi intervient dans:

1. Glycosylations et synthèses des glycoprotéines

2. Synthèse des protéoglycanes

3. Sulfatation des produits de sécrétion.

4. Clivage des précurseurs protéiques

5. Concentration des produits de sécrétion

6. Formation d’organites et de membranes (protolysosomes, acrosomes, etc)

7. Stockage du calcium42

3.5. FONCTION DE L’APPAREIL DE GOLGI

Appareil de Golgi

RE

Lysosome Membrane Plasmique Vésicule de secretion

Network Cis Golgi

Cisterne Cis

CisterneMédiane

Cisterne Trans

TGN

Phosphorylation du mannose des enzymeslysosomales

Elimination des molecules de Mannose

Elimination molecules de Mannose & Addition de N acetyl glucosamine

Addition de galactose & addition de

Sulfatation des glucides et de la thyrosine

TRI

TRI

RESUME

• L’appareil de Golgi est forme par le CGN (face du REG), les dictyosomes (empilement de

saccules cis, médian et trans) et le TGN

• La forme de l’appareil de Golgi depend du type cellulaire, de l’activite cellulaire et dy cycle

cellulaire

• Le Golgi est un compartiment de passage obligatoire pour toutes les proteins synthetisees

par les ribosomes fixees a la membrane du REG et destinees soit au milieu extracellulaire,

soit a la membrane plasmique, soit au lysosome et endosomes tardifs.

• Chaque compartiment du Golgi est le site de réactions biochimiques spécifiques qui assurent

la modification postraductionnelle des protéines et leur maturation.

44

PLAN

INTRODUCTION

1. GENERALITES



4. LES LYSOSOMES

45

4.1. DEFINITION DU LYSOSOME

Les lysosomes sont des compartiments de forme variable qui renferment des

enzymes hydrolytiques (hydrolases acides) permettant la digestion de

particules ou molécules extracellulaires ingérées ou intracellulaires de

petites tailles solubles et d'organites cellulaires vieillis ou inutiles.

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4.2. ULTRASTRUCTURE ET COMPOSITION CHIMIQUE

DU LYSOSOME

Les lysosomes apparaissent comme

des vésicules de formes et de

tailles variables de 0,05 à 0,5μm de

diamètre selon le matériel ingéré.

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Appareilde Golgi

Lysosome primaire

Lysosome secondaire


DU LYSOSOME

1. La membrane du lysosome: C'est une membrane particulière car la

plupart de ces protéines sont inhabituellement hautement glycosylées du

coté luminale pour la protéger des hydrolases acides contenues dans la

cavité.

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DU LYSOSOME

Les protéines membranaires sont de différents types:

－ Protéines enzymatiques (ex. phosphatase acide) et non

enzymatiques, perméases, transporteurs de matériaux cytosoliques de

petites tailles à dégrader et produits terminaux de la digestion de

macromolécules (ex. acides aminés, nucléotides, sucres simples...).

－ ATPases à protons (H+) qui pompent les H+ vers la cavité et

maintiennent un pH très acide dans le lysosome.

49


DU LYSOSOME

2. Contenu de la cavité: Elle contient environ 40 types d’hydrolases acides,

enzymes hydrolytiques digestives, qui dégradent les protéines, les acides

nucléiques, les oligosaccharides et les phospholipides. Leur activité est

optimale à pH5.

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Double couchelipidiques Membrane

Protéines membranaires

glycosylées

Enzyme hydrolitiques

digestives

4.3. ORIGINE DES MATERIAUX A DÉGRADÉS ET

BIOGENESE DU LYSOSOME

Les matériaux à dégrader suivent en fonction de leur origine des voies

différentes vers le stade lysosome. Ils peuvent avoir deux origines

1. Origine extracellulaire = voie hétérophagique: Dans ce cas, les

matériaux à dégrader sont ingérés par endocytose (phagocytose,

pinocytose ou endocytose par récepteurs)

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4.3. ORIGINE DES MATERIAUX A DÉGRADÉS ET

BIOGENESE DU LYSOSOME

2. Origine Intracellulaire = voies autophagiques:

• Microautophagie : entrée directe (diffusion) dans le lysosome de petites

molécules solubles du cytosol (ex ; peptides) via des perméases.

• Macroautophagie: Formation d’une vacuole autophagique (macro-

autophagosome) formée par la séquestration d'organite(s) usés et d'un

peu de cytosol par une citerne membranaire du TGN

• Crinophagie: C'est une forme d'autophagie qui concerne l'élimination des

grains de sécrétion (sécrétion régulée) qui ne seront plus utilisees;

52

4.4. DEVENIR DES LYSOSOMES

• Les lysosomes âgés, dépourvus d'hydrolases acides fonctionnelles,

constituent des corps résiduels.

• Le plus souvent ces corps résiduels libèrent leur contenu à l'extérieur de la

cellule par exocytose : c'est la défécation cellulaire;

• Les corps résiduels peuvent aussi persister dans la cellule toute leur vie.

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4.5. FONCTIONS DES LYSOSOMES

• Toutes les familles de molécules biologiques sont dégradées en métabolites

élémentaires qui repartent vers le cytosol grâce à des protéines transporteurs

de la membrane lysosomale.

• Les lysosomes jouent un rôle essentiel dans la digestion cellulaire, la

destruction des corps étrangers et donc dans la nutrition cellulaire;

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4.5. FONCTIONS DES LYSOSOMES

• La protéolyse lysosomiale ne suffit pas, à elle seule, à expliquer la grande

variabilité des demi-vies des protéines cellulaires, le caractère sélectif de la

dégradation de certaines d’entre elles, la dégradation des hémoglobines

anormales dans les réticulocytes, etc.

• Il existe un autre système protéolytique : le système ubiquitine protéasome

• La protéolyse lysosomiale et ce système sont extrêmement régulés et

interdépendants.55

RESUME

• Les lysosomes apparaissent comme des vésicules de formes et de tailles variables

• La membrane du lysosome contient des protéines qui sont inhabituellement hautement

glycosylées

• Le lysosome contient ~ des enzymes qui dégradent les protéines, les acides nucléiques, les

oligosaccharides et les phospholipides a un ph acide

• Dans une cellule, le lysosome joue un rôle clé dans le recyclage des autres organites et des

protéines cellulaires à vie longue. Carrefour du système vacuolaire de la cellule, le lysosome,

avec sa machinerie protéolytique, est essentiel au maintien de l’homéostasie cellulaire.

56

PLAN

INTRODUCTION

1. GENERALITES



4. LYSOSOME

5. TRANSPORT VESICULAIRE DANS LE SEM

57

5. TRANSPORT DANS LE SEM

• Une protéine synthétisée dans le REG est soumise a un transport

vesiculotubulaire: Elle suit un trajet passant d’un compartiment du SEM a un

autre en empruntant des vésicules de transport, afin d’atteindre les régions ou

elle est necessaire;

• La protein doit voyager dans les meilleures conditions afin de conserver son

organization et sa conformation spatiale.

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• De nombreux mécanismes interviennent et peuvent être regroupé en 4 étapes:

1. La sélection de la protéine a transporter: une séquence d’adressage

(ou signal de tri ou séquence signale) a l’une des extrémités de la

protéine lui permet d’atteindre un compartiment précis de SEM

2. La vésiculation: Un mécanisme complexe transforme la zone

membranaire d’identification de la protéine en une vésicule qui transporte

la protéine reconnue; la vésiculation résulte en la formation de vésicules a

manteau: soit des Vesicules COP II, soit COP I , soit clathrine/adaptine

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3. Le ciblage des vésicules de transport: La vésicule de transport doit

avoir la même destination que la protéine qu’elle porte. Le ciblage est

assuré par les protéines SNAREs.

4. La fusion de la vésicule de transport avec le compartiment receveur

qui délivre la protéine soit a un compartiment situe sur le trajet (ou elle

subira d’ éventuelles modifications), soit au compartiment destinataire,

soit a la membrane plasmatique. L’ancrage des vésicules est assuré par

les proteines Rab

60


61

5.1. LES VOIES SUIVI PAR LES VESICULES DE

TRANSPORT

Les voies suivies par les vésicules de transport sont:

1. la voie biosynthétique et sécrétoire: qui concerne la synthèse des

protéines, l'assemblage des glucides, le déplacement des lipides et la

sécrétion des produits élaborés par la cellule. Cette voie fait intervenir le RE,

l’appareil de Golgi, les vacuoles de l’exocytose. Il s’agit soit d’un phénomène

de continu (excrétion constitutive), soit discontinue (excrétion provoquée

et contrôlée )

- la voie de l’endocytose:

62


TRANSPORT

Les voies suivies par les vésicules de transport sont:

2. la voie de l’endocytose: Cette voie assure l’internalisation de

substance d’origine extracellulaire.

• Tous les flux membranaires sont équilibres afin de maintenir une

homeostasie des différents compartiments

63


TRANSPORT

64

RETICULUM ENDOPLASMIQUE

GOLGI

MEMBRANE PASMIQUE

Vésicules COPII

VésiculesCOPI

Secretion constitutive via vesicules COPI

Secretion controlee clathrine

LYSOSOMES

VésiculesCOPI

ENDOSOMES

Vésiculesclathrine

Endolysosome

RESUME

• Le compartiments du SEM communiquent les uns avec les autres par l’intermediaire de

vésicules qui se forment par bourgeonnement de leur membrane qui est induite et recouverte

soit par des protéines COP soit par des complexe protéiques clathrine/adaptine.

• Les protéines a transporter sont reconnues et recrutées en fonction de leur séquence signal

• Les SNAREs jouent le rôle de protéines de ciblage et d’amarrage des vésicules pour le

compartiment récepteur . Les SNAREs sont reconnus de manière spécifique par les protéines

RABs qui vont faciliter l’ancrage au compartiment receveur.

• Le flux membranaire assure le transport des protéines vers des directions bien précises.

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PLAN

INTRODUCTION

1. GENERALITES



4. LYSOSOME

5. TRANSPORT VESICULAIRE

CONCLUSION

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CONCLUSION

• Le système endomembranaire (SEM) des cellules eucaryotes et regroupe le

RE, l’appareil de golgi, les lysosomes et les endosomes communiquent

entre elles par l'intermédiaire de vésicules.

• Le choix des protéines qui suivent cette voie, leur transport, le ciblage et l’

adressage des vésicules qui les transportent est régulé par des processus

complexes.

• Des défaillance dans ce système hautement controlee engender des

pathologies.

67

CONCLUSION

• La compréhension de ce système est important pour le diagnostic des

pathologies et le développement d’approche thérapeutiques.

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Documents

LE SYSTEME ENDOMEMBRANAIRE DES CELLULES EUCARYOTES