Skip to main content
Global

4.4 : Le système endomembranaire et les protéines

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    189556

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Compétences à développer

    • Énumérer 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\(\PageIndex{1}\)) de cellules eucaryotes qui agissent ensemble pour modifier, conditionner et transporter les lipides et les protéines. Il comprend l'enveloppe nucléaire, les lysosomes et les vésicules, que nous avons déjà mentionnés, ainsi que le réticulum endoplasmique et l'appareil de Golgi, que nous aborderons sous peu. Bien qu'elle ne se trouve pas techniquement à l'intérieur de la cellule, la membrane plasmique est incluse dans le système endomembranaire car, comme vous le verrez, elle interagit avec les autres organites endomembraneux. Le système endomembranaire ne comprend pas les membranes des mitochondries ou des chloroplastes.

    Art Connection

    La partie gauche de cette figure montre le RE rugueux dans lequel est incorporée une protéine membranaire intégrée. Un hydrate de carbone est attaché à la partie de la protéine faisant face à l'intérieur du RE. La protéine est montrée quittant le RE dans une vésicule qui fusionne avec le côté cis de l'appareil de Golgi. L'appareil de Golgi est constitué de plusieurs couches de membranes, appelées citernes. Au fur et à mesure que la protéine traverse les citernes, elle est modifiée davantage par l'ajout de glucides. Finalement, il quitte la face trans du Golgi dans une vésicule. La vésicule fusionne avec la membrane cellulaire, de sorte que les glucides qui se trouvaient à l'intérieur de la vésicule font maintenant face à l'extérieur de la membrane. Dans le même temps, le contenu de la vésicule est éjecté de la cellule.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : Les protéines membranaires et sécrétoires sont synthétisées dans le réticulum endoplasmique rugueux (RER). Le RER modifie également parfois des protéines. Dans cette illustration, une protéine membranaire intégrale (verte) du RE est modifiée par la fixation d'un hydrate de carbone (violet). Les vésicules contenant le bourgeon protéique intégré du RE fusionnent 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 modifiée davantage par l'ajout de glucides. Une fois sa synthèse terminée, elle sort sous forme de protéine membranaire intégrale de la vésicule qui bourgeonne à partir 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 de l'œuvre de Magnus Manske)

    Si une protéine de la membrane périphérique était synthétisée dans la lumière (à l'intérieur) des urgences, 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 ER est appelée lumen ou espace cisternal. La membrane du RE, qui est une bicouche de phospholipides incorporée à des protéines, est continue avec l'enveloppe nucléaire.

    ER rugueux

    Le réticulum endoplasmique rugueux (RER) est ainsi nommé parce que les ribosomes attachés à sa surface cytoplasmique lui confèrent une apparence cloutée lorsqu'on l'observe au microscope électronique (Figure\(\PageIndex{2}\)).

    Dans cette micrographie électronique à transmission, le noyau est l'élément le plus important. Le nucléole est une région sombre et circulaire située à l'intérieur du noyau. Un pore nucléaire est visible dans l'enveloppe nucléaire qui entoure le noyau. Le réticulum endoplasmique rugueux entoure le noyau et se présente sous la forme de nombreuses couches de membranes. Une mitochondrie se trouve entre les couches de la membrane du RE.
    Figure\(\PageIndex{2}\) : Cette micrographie électronique à transmission montre le réticulum endoplasmique rugueux et d'autres organites d'une cellule pancréatique. (crédit : modification de l'œuvre de Louisa Howard)

    Les ribosomes transfèrent leurs protéines nouvellement synthétisées dans la lumière du RER où ils subissent des modifications structurales, telles que le repliement ou l'acquisition de chaînes latérales. Ces protéines modifiées seront incorporées dans les membranes cellulaires (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 des protéines (comme les 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 des cellules du foie, par exemple.

    ER lisse

    Le réticulum endoplasmique lisse (SER) est continu avec le RER mais ne possède que peu ou pas de ribosomes sur sa surface cytoplasmique (Figure\(\PageIndex{1}\)). Les fonctions du SER incluent la synthèse des glucides, des lipides et des hormones stéroïdiennes, la 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.

    Lien vers l'apprentissage

    Vidéo\(\PageIndex{1}\) : Vous pouvez regarder une excellente animation du système endomembranaire ici.

    Lien de carrière : cardiologue

    Les maladies du cœur sont la principale cause de décès aux États-Unis. Cela est principalement dû à notre mode de vie sédentaire et à notre alimentation riche en gras 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 suffisamment de force 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. Par conséquent, un nombre insuffisant d'ions calcium sont disponibles pour déclencher une force contractile suffisante.

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

    L'appareil de Golgi

    Nous avons déjà mentionné que les vésicules peuvent bourgeonner à partir des urgences 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, le conditionnement 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\(\PageIndex{3}\)).

    Dans cette micrographie électronique à transmission, l'appareil de Golgi apparaît comme un empilement de membranes entourées d'organites anonymes.
    Figure\(\PageIndex{3}\) : L'appareil de Golgi présent dans ce globule blanc est visible sous la forme d'une pile d'anneaux aplatis semi-circulaires dans la partie inférieure de l'image. Plusieurs vésicules peuvent être observées près de l'appareil de Golgi. (crédit : modification de l'œuvre de Louisa Howard)

    La face réceptrice de l'appareil de Golgi est appelée face cis. Le côté opposé s'appelle le visage trans. Les vésicules de transport qui se sont formées à partir du RE se déplacent vers la face cis, fusionnent avec celle-ci et déversent leur contenu dans la lumière de l'appareil de Golgi. Au fur et à mesure que les protéines et les lipides traversent le Golgi, ils subissent d'autres modifications qui permettent de les trier. La modification la plus fréquente est l'ajout de courtes chaînes de molécules de sucre. Ces protéines et lipides récemment modifiés sont ensuite marqués par des groupes phosphates ou d'autres petites molécules afin de pouvoir être acheminés vers leurs destinations appropriées.

    Enfin, les protéines modifiées et marquées sont conditionnées dans des vésicules sécrétoires qui bourgeonnent à partir de la face trans 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 sécrétoires fusionnent avec la membrane plasmique et libèrent leur contenu à l'extérieur de la cellule.

    Autre exemple de fonction dépendant de la forme, les cellules qui exercent une activité sécrétoire importante (telles que les cellules des glandes salivaires qui sécrètent des enzymes digestives ou les cellules du système immunitaire qui sécrètent des anticorps) contiennent une abondance de Golgi.

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

    Lien de carrière : généticien

    De nombreuses maladies résultent de mutations génétiques qui empêchent la synthèse de protéines critiques. L'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 une déficience d'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 du chromosome X. Le chromosome X est l'un des deux chromosomes sexuels humains, car ces chromosomes déterminent le sexe d'une personne. Les femmes possèdent deux chromosomes X tandis que les hommes 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 porteuses du gène de la maladie de Lowe sur l'un de leurs chromosomes X ont 50 % de chances d'être atteintes de 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 seront toujours atteints de la maladie de Lowe si leur chromosome X est porteur du gène de la maladie de Lowe. La localisation du gène muté, ainsi que celle de nombreuses autres mutations à l'origine de maladies génétiques, ont maintenant été identifiées. Grâce à des tests prénatals, une femme peut déterminer si le fœtus qu'elle porte est atteint de l'une des nombreuses maladies génétiques.

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

    Lysosomes

    Outre 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 peuvent 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. Au cours d'un processus connu sous le nom de phagocytose ou d'endocytose, une section de la membrane plasmique du macrophage invagine (se replie) et engloutit un pathogène. La section invaginée, avec le 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 ensuite le pathogène (Figure\(\PageIndex{4}\)).

    Dans cette illustration, un macrophage consommant une bactérie est présenté. Comme la bactérie est consommée par endocytose, elle est encapsulée dans une vésicule. Un lysosome fusionne avec la vésicule et les enzymes digestives à l'intérieur du lysosome digèrent la bactérie. La matière non digérée est expulsée du macrophage par le processus d'exocytose.
    Figure\(\PageIndex{4}\) : Un macrophage a englouti (phagocyté) une bactérie potentiellement pathogène, puis fusionne avec un lysosome à l'intérieur de la cellule pour détruire le pathogène. D'autres organites sont présents dans la cellule mais ne sont pas représentés pour des raisons de simplicité.

    Résumé

    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 agissent ensemble pour modifier, conditionner, 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 stéroïdiennes ; participe à la désintoxication des médicaments et des poisons ; et stocke les ions calcium. Le tri, le marquage, le conditionnement 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

    Figure\(\PageIndex{1}\) : Si une protéine de la membrane périphérique était synthétisée dans la lumière (à l'intérieur) des urgences, se retrouverait-elle à l'intérieur ou à l'extérieur de la membrane plasmique ?

    Réponse

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

    Lexique

    système endomembranaire
    groupe d'organites et de membranes de cellules eucaryotes qui agissent ensemble pour modifier, conditionner 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 Golgi
    organite eucaryote composé d'une série de membranes empilées qui trient, étiquettent et conditionnent les lipides et les protéines en vue de leur distribution
    réticulum endoplasmique rugueux (RER)
    région du réticulum endoplasmique parsemée de ribosomes et participant à la modification des protéines et à la synthèse des phospholipides
    réticulum endoplasmique lisse (SER)
    région du réticulum endoplasmique qui possède peu ou pas de ribosomes sur sa surface cytoplasmique et synthétise les glucides, les lipides et les hormones stéroïdiennes ; détoxifie certains produits chimiques (tels que les pesticides, les conservateurs, les médicaments et les polluants environnementaux) et stocke les ions calcium