CYTOLOGIE & HISTOLOGIE

Les Niveaux D'organisation Structurale

  • Le corps humain comprend différents niveaux d'organisation structurale reliés de diverses façons

1.Le niveau  chimique

  • Le plus élémentaire de l'organisation, comprend tous les atomes et molécules essentiels au maintien de la vie.
  • Citons parmi ces atomes, le carbone (C), l'hydrogène (H), l'oxygène (O), l'azote (N), le calcium (Ca), le potassium (K) et le sodium (Na).
  • Les combinaisons d'atomes forment des molécules telles que les protéines, les glucides, les lipides et les vitamines.

2.Le niveau cellulaire

  • À leur tour, les molécules se combinent entre elles pour former le niveau cellulaire,
  • Les cellules représentent les unités  structurales et fonctionnelles de base d'un organisme.
  • Ex: cellules musculaires, nerveuses, sanguines ….

NB: les cellules contiennent des structures spécialisées appelées organites tels que le noyau, les mitochondries et les lysosomes qui remplissent une fonction déterminée.

3.Le niveau tissulaire

  • Les tissus sont constitués de groupes de cellules (et de leur substance intercellulaire) semblables, issus généralement de cellules communes, qui remplissent ensemble une certaine fonction.  
  • Les quatre types fondamentaux de tissus du corps sont
    • Épithélial,
    • Musculaire, 
    • Conjonctif
    • Nerveux.

4.Le niveau organique

  • Il résulte de la jonction de différents types de tissus dans le corps.
  • Les organes sont des structures composées d'au moins 2 tissus différents, et dotées de fonctions définies et de forme reconnaissable.

5.Le niveau systémique

  • •Un système ou appareil est composé d'un ensemble d'organes connexes qui ont pour but la même fonction.

6.Le niveau de l'organisme

  • Toutes les parties du corps qui fonctionnent en interrelation constituent l'organisme, un être vivant.

hebergement d'image

L'HOMÉOSTASIE: LE MAINTIEN DES LIMITES PHYSIOLOGIQUES

  • Comme nous l'avons vu, le corps humain est composé de divers systèmes, appareils et organes constitués chacun de millions de cellules.
  • Ces dernières ont besoin d'un état  relativement stable afin de fonctionner efficacement et de contribuer à la survie du corps dans son ensemble.
  • Le maintien d'un état stable de ces cellules constitue une fonction essentielle de chaque organisme multicellulaire.
  • Les physiologistes désignent cette stabilité relative par le mot homéostasie.
  • L'homéostasie (homéo: même; stasie: position) est l'état dans lequel le milieu interne de l'organisme reste à l'intérieur de certaines limites physiologiques.
  • Afin que les cellules corporelles puissent survivre, la composition des liquides qui entourent celles-ci doit être constamment et précisément maintenue.
  • Afin que les cellules corporelles puissent survivre, la composition des liquides qui entourent celles-ci doit être constamment et précisément maintenue.
  • Le liquide extracellulaire (extra : en dehors) est le liquide qui se trouve à l'extérieur des cellules corporelles; il est présent à deux endroits principaux.

1.Le liquide interstitiel (inter: entre) ou intercellulaire est le liquide extracellulaire qui remplit les espaces microscopiques entre les cellules des tissus.

2.Le plasma est le liquide extracellulaire présent dans les vaisseaux sanguins .

  • Le liquide intracellulaire (in- tra : à l'intérieur) est le liquide présent dans les cellules.
  • Un organisme est dit en homéostasie lorsque son milieu interne :
a)contient la concentration optimale de gaz, de  nutriments, d'ions et d'eau;
b)a une température optimale;
c)a un volume optimal pour la santé des cellules.
  • Lorsque l'homéostasie est perturbée, la maladie peut survenir.
  • Si les liquides corporels ne se retrouvent pas en homéostasie, la mort peut en résulter.

Propriétés communes aux différents types cellulaires

  1. Stockage et transmission des informations génétiques
  2. Synthèse de macromolécules spécifiques
  3. Gestion de l ’énergie
  4. Adaptation aux conditions extérieures

Le Niveau D'organisation Cellulaire

•Nous Pouvons diviser une cellule en quatre parties principales
  1. La membrane plasmique (cellulaire).
  2. Cytoplasme
  3. Les organites
  4. Les inclusions

1.La membrane plasmique (cellulaire).

  • Cette membrane externe sépare les composantes internes de la cellule des substances extracellulaires et du milieu externe.

2.Cytoplasme

  • tout le contenu des cellules situé entre la membrane plasmique et le noyau.
    • Cytosol: partie semi-liquide épaisse du cytoplasme ou liquide intracellulaire.
    • Le cytosol comprend de nombreuses enzymes et protéines solubles, ainsi que des nutriments, des ions et d'autres petites molécules, qui participent tous aux différentes phases du métabolisme.

3.Les organites

  • structures hautement organisées possèdent des formes caractéristiques grandement spécialisées en vue d'activités cellulaires précises.

4.Les inclusions:

  • Sont des structures temporaires qui contiennent des sécrétions et des produits stockés de la cellule.

hebergement d'image

La Membrane Plasmique (Cellulaire)

  • La membrane plasmique ou cellulaire ou encore le plasmalemme désigne une fine barrière qui sépare les composantes internes de la cellule des substances extracellulaires et du milieu externe.
  • Son rôle est de régler le passage des substances qui entrent et qui sortent de la cellule.

hebergement d'image

  • Près de 75 % des lipides sont des phospholipides, soit des lipides qui contiennent du phosphore.
  • On trouve en moins grand nombre les glycolipides (des lipides auxquels un ou plus d'un groupement glucidique est fixé) et le cholestérol (un stéroïde).
  • Les molécules de phospholipides sont disposées en deux rangées parallèles, formant une double couche phospholipidique (lipidique).
  • Cette disposition résulte du fait que les phospholipides sont amphipathiques, c'est-à-dire qu'ils possèdent des régions polaires et non polaires.
  • La partie polaire, hydrophile. (qui se mélange à l'eau), correspond à la «tête» qui contient du phosphate.
  • Les parties non polaires, hydrophobes (qui ne se mélangent pas à l'eau), correspondent aux deux «queues» d'acide gras.

Les protéines membranaires

  • Elles sont de deux types :
  1. Intégrales
  2. Périphériques

1.Les protéines Intégrales

  • Les protéines intégrales (structurales) s'étendent dans la double couche  phospholipidique parmi les queues d'acides gras.
  • Ce sont pour la plupart des glycoprotéines (combinaisons de glucides et de protéines)

2.Les protéines périphériques

  • Les protéines périphériques ne s'étendent pas dans la double couche phospholipidique.
  • Elles sont fixées lâchement aux surfaces interne et externe de la membrane et s'en séparent facilement.

3.Rôles des protéines

  • Certaines protéines intégrales (ou glycoprotéines) forment de minuscules canaux (pores) par lesquels des substances entrent et sortent de la cellule.
  • D'autres jouent le rôle de transporteurs afin de déplacer une substance d'un côté de la membrane à un autre que nous décrirons sous peu.
  • Les protéines structurales servent aussi de sites de  reconnaissance appelés récepteurs.
  • Certaines protéines intégrales et périphériques sont des enzymes.
  • D'autres protéines périphériques qui font face au cytosol servent d'ancres du cytosquelette ; elles forment un point d'attache entre la membrane plasmique et les filaments du cytosquelette.
  • Les glycoprotéines et les glycolipides de la membrane sont souvent des marqueurs de l'identité cellulaire.

NB: D'autre part, la diversité de protéines qui peut être comprise dans une membrane donnée est énorme et les protéines de la membrane peuvent jouer de nombreux rôles Récepteurs: Il s'agit de molécules qui peuvent reconnaître une certaine molécule et se fixer à elle. Cette dernière peut être notamment une hormone, un neurotransmetteur ou un nutriment, qui revêt de l'importance dans une certaine fonction cellulaire. Une molécule qui s'unit spécifiquement à un récepteur à la faveur de forces autres que des liaisons covalentes s'appelle un ligand de ce récepteur.

hebergement d'image

La Physiologie De La Membrane

1.La communication

  • La membrane plasmique intervient dans la communication cellulaire, ce qui comprend les interactions avec d'autres cellules corporelles, des cellules étrangères et des ligands tels que des hormones, des neurotransmetteurs, des enzymes, des nutriments et des anticorps dans le liquide extracellulaire.

2.Le gradient électrochimique

  • Dans le liquide extracellulaire, les principaux cation (ion positif) et anion (ion négatif) sont respectivement Na+ et Cl-.
  • Dans le cytosol, le principal cation est K+, alors que les deux principaux anions sont les phosphates organiques (groupements de PO43- fixés aux molécules organiques telles que l'ATP) et des acides aminés chargés négativement dans les protéines.
  • La membrane maintient un gradient (une différence) électrique et chimique appelé simplement un gradient électrochimique entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule.

a)Le gradient chimique

  • Le gradient chimique est dû au fait que la membrane maintient des compositions chimiques très différentes dans le cytosol et dans le liquide extracellulaire.
hebergement d'image

b)Le gradient électrique

  • Le gradient électrique est dû au fait que la surface interne de la membrane est plus négative que la surface externe, dans la plupart des cellules.
  • Il en résulte une tension (voltage) appelée le potentiel de membrane, à travers la membrane.

3.La perméabilité sélective

  • La membrane cellulaire règle l'entrée et la sortie des  substances.
  • On appelle perméabilité sélective la capacité des membranes de permettre le passage de certaines substances et d'empêcher celui-ci quand il s'agit d'autres substances.
  • La perméabilité d'une membrane plasmique à  différentes substances dépend d'un certain nombre de facteurs liés à la structure de la membrane.
a) La liposolubilité:
Les substances qui se dissolvent dans les lipides (molécules non polaires et hydrophobes) traversent facilement la membrane, car la double couche phospholipidique représente une partie importante de la membrane plasmique.
b) La dimension:
La plupart des grosses molécules ne peuvent pas traverser la membrane cellulaire. Quelques rares molécules polaires très petites et non chargées peuvent traverser la double couche phospholipidique.
c) La charge:
La partie de la membrane plasmique, où se trouve la double couche phospholipidique, est imperméable à tous les ions et à toutes les molécules chargées. 
Certaines substances chargées parviennent toutefois à traverser la membrane, car elles se déplacent à travers un canal (pore) ou sont transportées d'un côté à un autre par une protéine transporteuse. Le potentiel de membrane négatif de la plupart des cellules aide l'entrée de cations et entrave l'entrée d'anions.
d) La présence de canaux et de transporteurs:
Les membranes des cellules sont perméables à diverses substances polaires et chargées, y compris les ions, qui ne peuvent traverser la double couche phospholipidique. Les protéines situées dans la membrane aident un certain nombre de substances à traverser la membrane, à l'instar d'un traversier qui fait passer des gens et des véhicules sur un lac. Ces protéines intégrales de la membrane accroissent la perméabilité de cette membrane de deux façons. 
Certaines protéines forment des canaux (pores) remplis d'eau à travers la membrane. D'autres protéines qui servent de transporteurs prennent, d'un côté de la membrane, une substance qu'à l'instar d'une navette elles font passer de l'autre côté avant de la relâcher. La plupart des protéines qui jouent le rôle de canaux et des protéines transporteuses sont très sélectives et ne permettent qu'à un certain soluté de traverser la membrane.

 

Le passage de substances à travers les membranes plasmiques

  • Les mécanismes qui déplacent les substances dans une membrane sans recourir à de l'énergie (libérée par fractionnement de l'ATP) sont des processus passifs.
  • Dans les processus actifs, la cellule utilise  l'énergie libérée par fractionnement de l'ATP afin de transporter la substance à travers la membrane.

1.Les processus passifs

Ces processus de transport dépendent des gradients de pression ou de concentration ou encore du processus de diffusion.

a) La diffusion simple

  • Toutes les substances possèdent de l'énergie  cinétique (l'énergie du mouvement), elles se déplacent constamment, se heurtent les unes contre les autres et se dirigent dans diverses directions.
  • les particules diffusent davantage de la région à forte concentration vers la région à faible concentration.

b) L’osmose

  • L'osmose, un autre processus passif, est le mouvement net d'un solvant, soit de l'eau dans des systèmes vivants, à travers une membrane sélectivement perméable.
  • L'eau se déplace par osmose à travers une membrane, d'une région à forte concentration d'eau vers une région à faible concentration d'eau.

hebergement d'image

Principe de l'osmose.

  • En a) le sac de cellophane (une membrane sélectivement perméable), qui contient une solution à 20 % de sucre (sucrose), est immergé dans un bêcher d'eau distillée (pure). La flèche montre que les molécules d'eau peuvent librement passer dans le sac. Cependant, les molécules de sucre ne peuvent sortir du sac. A mesure que l'eau s'introduit par osmose dans le sac, la solution sucrée devient plus diluée et augmente de volume.
  • En b), au point d'équilibre, la solution sucrée a monté dans une partie du tube. A ce stade, le même nombre de molécules d'eau entre dans le sac de cellophane et en sort.
  • La pression osmotique est la force qu'exerce le liquide qui monte dans le tube.

c) La filtration

  • Dans ce processus, l'eau (le solvant) et un certain nombre de substances dissoutes (solutés) traversent une membrane par gravité ou par pression hydrostatique (de l'eau).
  • Ce mouvement s'effectue toujours d'une région de forte pression vers une région de faible pression.

d) La diffusion facilitée

  • Certaines substances ne peuvent pas diffuser à travers les canaux (pores) de la membrane parce qu'elles sont trop grosses, ni à travers la double couche phospholipidique parce qu'elles ne sont pas liposolubles.
  • Comme la diffusion libre, la différence de concentration est le moteur du transport. Cependant, la molécule ne traverse pas directement la membrane, elle doit utiliser une protéine transmembranaire de transport :
    • Les protéines de canal (canaux ioniques) : elles ne doivent pas changer de forme pour permettre le passage.Ce transport par les protéines de canal est :
      • et régulé, les protéines de canal ont la capacité de se fermer.
      • extrêmement rapide ;
      • très spécifique : elles ne laissent passer qu'une ou quelques sortes de molécules et pas d'autres ;
    • Les transporteurs : ils changent de forme pour déplacer des molécules d'un côté à l'autre d'une membrane. Ce transport est similaire à celui des protéines canaux, si ce n'est qu'il est généralement moins rapide et qu'il peut également transporter des molécules ou ions contre leur gradient électrochimique (on parle alors de transport actif et non passif et de pompe à la place de transporteur).
  • Ce type de transport est également saturable, et la vitesse est limitée par l'accessibilité au transporteur. Les perméases sont de ce type, mais aussi les transporteurs de glucose ainsi que beaucoup d'autres. Il ne dépend pas non plus de l'hydrophobicité des substances déplacées.

2.Les processus actifs

  • Certaines substances qui ont besoin de pénétrer ou de quitter des cellules corporelles ne peuvent pas traverser passivement les membranes plasmiques. Elles sont trop grosses, le signe de leur charge les en empêche ou elles doivent aller à contre-courant du gradient de concentration. Elles peuvent
    traverser la membrane par des processus actifs assortis de dépense d'énergie tirée du fractionnement de l'ATP et qui sont le transport actif et en vrac. Dans le transport actif, certaines protéines structurales de la membrane structurale qui agissent telles des pompes mues à l'ATP, poussent certains ions et quelques molécules plus petites à travers la membrane.
    Deux types généraux de transport en vrac — l'endocytose et l'exocytose — permettent de déplacer des substances plus massives à l'intérieur et à l'extérieur des cellules. De grosses particules telles que des bactéries entières et des globules rouges, de même que de grosses molécules telles que des polysaccharides et des protéines, peuvent pénétrer dans les cellules par endocytose et les quitter par exocytose.

     
  • La liste des substances transportées activement comprend de nombreux ions tels que Na+, K+, H+, Ca2+, I- et CL, des acides aminés et des monosaccharides.

2.1/ Transport actif

  • Il existe deux types de transport actif.

a/ Transport actif Primaire

  • Dans le transport actif primaire, l'énergie tirée du fractionnement de l'ATP déplace directement une substance à travers la membrane. La cellule utilise cette énergie afin de déclencher des changements de forme dans les protéines transporteuses (pompes) dans la membrane plasmique.
  • La pompe à sodium est la pompe du transport actif primaire la plus répandue. La pompe à sodium maintient une faible concentration d'ions sodium (Na+) dans le cytosol qui les pompe à l'extérieur contre leur gradient de concentration et déplace aussi de la même façon les ions potassium (K+) vers
    les cellules. La pompe à sodium doit continuellement fonctionner, car K+ et Na+ fuient lentement dans la membrane plasmique à travers des canaux de «fuite» (pores). Près de 40 % de l'ATP qu'une cellule corporelle type génère sont consacrés au fonctionnement des pompes du transport actif primaire.
    Du fait des ions qu'elle déplace, cette pompe du transport actif primaire est appelée pompe Na+/K+ ou plus simplement pompe à sodium. Comme c'est une protéine qui agit comme une enzyme afin de fractionner l'ATP nécessaire, on l'appelle aussi ATP-ase Na+/K+.

b/ Trasport actif secondaire

  • Dans le transport actif secondaire, l'énergie stockée dans les gradients (différences) d'ions déplace les substances à travers la membrane. Comme ces gradients résultent de l'intervention de pompes de transport actif primaire, le transport actif secondaire utilise indirectement l'énergie tirée du fractionnement de l'ATP.
  • La pompe à sodium maintient un fort gradient de concentration de Na+ à travers la membrane plasmique. Tout comme l'eau derrière un barrage, ces ions ont stocké de l'énergie. Donc, si Na+ peut fuir à nouveau vers la cellule, une partie de l'énergie stockée peut servir à transporter d'autres substances contre leur gradient de concentration respectif. D'habitude, la membrane plasmique est assez imperméable au Na+, car il y a peu de canaux de «fuite» 
    (pores) qui admettent le Na+. Les pompes du transport actif secondaire exploitent l'énergie du gradient de Na+ pour permettre au Na+ de fuir facilement jusque dans les cellules.
    C'est comme si l'on permettait à l'eau d'un réservoir de traverser un barrage et de faire tourner une turbine afin de produire de l'électricité. La pompe fonctionne en s'unissant simultanément à Na+ et à une autre substance. Plus le gradient de Na+ est élevé, plus le transport actif secondaire est rapide.
    Parfois, deux substances (dont Na+ d'habitude) se déplacent dans la même direction à travers une membrane plasmique. Ce procédé est appelé symport (co-transport).
  • Ainsi, le glucose, le fructose et les acides aminés pénètrent dans les cellules qui tapissent le tube digestif et les tubules des reins
    par le truchement de symports qui utilisent Na+ .Ces pompes assurent l'absorption d'acides aminés et de monosaccharides alimentaires. De plus, elles retournent au sang les nutriments que le rein a filtrés afin que ces derniers ne soient pas perdus dans l'urine. Deux substances (dont
    Na+ d'habitude) peuvent aussi se déplacer en directions opposées à travers la membrane plasmique. Ce processus est appelé antiport.
  • Dans la plupart des cellules, les antiports Na+/Ca2+ maintiennent une faible concentration de Ca2+ dans le cytosol. De même, les antiports Na+/H+
    contribuent à la régulation du pH (concentration en H+) du cytosol par l'utilisation du gradient de Na+ afin d'expulser H+.
     
  • Les drogues qui arrêtent la production d'ATP telles que le cyanure qui est un poison, sont létales du fait qu'elles interrompent le transport actif dans les cellules du corps

2.2/ Transport en vrac

a) La phagocytose.

  • Dans la phagocytose ou la «cellule qui mange », des projections de la membrane plasmique et du cytoplasme, appelées pseudopodes, entourent de grosses particules solides qui se trouvent à l'extérieur de la cellule et les englobent . Une fois la particule entourée, les pseudopodes se fusionnent et forment ainsi, autour de celle-ci, un sac membranaire appelé vacuole phagocytaire (phagosome) qui pénètre dans le cytoplasme. Les enzymes que fournissent des lysosomes qui digèrent le matériel solide situé dans la vacuole. Les globules blancs phagocytaires et les cellules d'autres tissus englobent et détruisent les bactéries et les autres substances étrangères , ce qui constitue un mécanisme de défense vital qui protège de la maladie

b) La pinocytose.

  • Dans la pinocytose ou la « cellule qui boit », la substance englobée est une minuscule gouttelette de liquide extracellulaire plutôt qu'un solide. De plus, il n'y a pas de formation de pseudopodes. En revanche, la membrane s'invagine et forme une vacuole de pinocytose qui permet au liquide de diffuser vers l'intérieur, puis d'entourer le liquide. La vacuole se détache ensuite du reste de la membrane intacte. Alors que seuls certains types de cellules sont capables de phagocytose, la plupart d'entre elles effectuent la pinocytose.

c) L'endocytose par récepteur interposé ou endocytose avec internalisation de réepteurs

  • L'endocytose par récepteur interposé s'effectue de la façon suivante . Sur le côté extracellulaire de la membrane plasmique, (1) l'union d'un ligand avec son récepteur
    particulier provoque une invagination de la membrane, (2) ce qui entraîne la formation d'une vésicule d'endocytose.
    Une fois que cette dernière se déplace de la membrane plasmique vers l'intérieur, elle fusionne avec d'autres membranes semblables afin de former une plus grosse structure appeléeendosome. (3) À l'intérieur de l'endosome, les récepteurs se séparent de leur ligand. La partie de l'endosome qui contient les récepteurs les recycle à la membrane plasmique par exocytose. (4) L'autre partie de l'endosome, qui contient les substances ingérées, fusionne avec un lysosome, et les enzymes digestives dégradent celles-ci (5).
  • L’endocytose du vitellus, c ’est-àdire des réserves de l’ovocyte peut êre prise pour exemple.

hebergement d'image

  • Le vitellus constitue en effet une masse énorme de réserves protéiques. Cette masse n’est toutefois pas synthétisé dans l’ovaire, mais dans les hépatocytes sous forme de vitellogéine, un préurseur du vitellus, qui passe dans la circulation ; il est ensuite internalisé dans les ovocytes par un mécanisme de pinocytose. 
  • Les principales éapes de cette internalisation fait intervenir des récepteurs spécifiques et des puits et vésicules recouverts.
  • On peut retracer les principales éapes :
    • la vitellogénine, c’est-àdire le ligand, se fixe spécifiquement sur des récepteurs contenus dans la membrane plasmique des ovocytes ;
    • les récepteurs se regroupent dans des dépressions de la membrane ; du côté cytosolique ces dépressions, ou puits, se recouvrent d’un manteau de clathrine, protéine de structure fibreuse. La clathrine est un complexe protéique formant des structures à trois branches, les triskéions . Ceux-ci s’assemblent en formant un réeau hexagonal et organisent autour des dépressions de véritables « cages », formant ainsi des puits recouverts ;
    • les puits recouverts s’intemalisent constituant ainsi d’abord des vésicules recouvertes (ou vésicules mantelés) puis forment des sacs scellé et reconnaissables autour de la vitellogéine;
    • les vésicules recouvertes perdent ensuite leur manteau de clathrine , fusionnent et forment un endosome au niveau duquel la vitellogénine se sépare de ses récepteurs membranaires . Une compartimentation intervient qui permet alors, d’une part, la livraison de la vitellogéine vers l’endroit cible (c’est-àdire le grain de vitellus) et, d’autre part, le recyclage rapide des réepteurs vers la membrane plasmique et de la clathrine dans le cytosol .

Les organites

1.Le noyau :

contient

  • Les unités héréditaires de la cellule, appelées gènes, qui régissent la structure cellulaire et dirigent de nombreuses activités cellulaires.
  • L’enveloppe (membrane) nucléaire.
  • Les pores nucléaires
  • Le nucléole : agrégations de protéines, d'ADN et d'ARN non délimitées par une membrane.
  • Les ribosomes: minuscules granules qui contiennent de l'ARN ribosomal (ARNr)

hebergement d'image

2.Les ribosomes:

  • Les ribosomes sont de minuscules granules qui contiennent de l'ARN ribosomal (ARNr) et un certain nombre deprotéines ribosomales. L'ADN dans le nucléole synthétise
    l'ARNr. Les ribosomes ont été appelés ainsi en raison de leur contenu élevé en acide ribonucléique. Le symbole ARNr a ensuite servi à désigner cet ARN afin de le distinguer des
    autres types d'ARN présents dans la cellule.
  • Sur le plan de la structure, un ribosome est composé de deux sous-unités dont l'une est près de deux fois plus petite que l'autre .
  • Sur le plan fonctionnel, les ribosomes sont le site de la synthèse des protéines .
  • Certains ribosomes, les ribosomes libres, flottent dans le cytosol : ils n'ont pas de points d'attache à d'autres organites . Ces ribosomes, présents seuls ou en groupes, sont principalement reliés à la synthèse des protéines qui seront utilisées à l'intérieur de la cellule. D'autres ribosomes sont fixés à une structure cellulaire appelée le réticulum
    endoplasmique . Ces ribosomes sont reliés à la synthèse des protéines et devront être insérées dans la membrane plasmique ou destinées à l'exportation hors de la
    cellule.

hebergement d'image

3.Le réticulum endoplasmique

  • Le réticulum endoplasmique ou RE est un système de canaux membraneux de diverses formes appelés citernes. Le RE prolonge l'enveloppe nucléaire. Sur la base de son association avec les ribosomes, le RE est divisé en deux types.
  • Le RE rugueux (granuleux) est parsemé de ribosomes, alors que le RE lisse (non granuleux) en est dépourvu.
  • Le RE constitue un terrain où se produisent des réactions chimiques et participe au transport de divers produits d'une partie de la cellule à une autre.
  • Les ribosomes associés au RE rugueux synthétisent des protéines. Ce dernier sert également de zone de stockage temporaire des molécules nouvellement synthétisées. Il peut aussi ajouter des groupes de glucides à certaines protéines et former ainsi une glycoprotéine.
  • Ensemble, le RE rugueux et l'appareil de Golgi synthétisent et emballent des molécules que la cellule sécrétera.
  • Le RE lisse est le site de la synthèse d'acides gras, de phospholipides et de stéroïdes. De plus, dans certaines cellules, des enzymes contenues dans ce RE peuvent inactiver
    ou détoxiquer divers produits chimiques, y compris l'alcool, les pesticides et les cancérogènes. Dans les cellules musculaires, les ions calcium libérés du réticulum sarcoplasmique,
    analogue au RE lisse, déclenchent la contraction.
     

4.L'appareil de Golgi :

  • Un ou plus d'un organite appelé appareil de Golgi avoisine le noyau. Il est vaste dans les cellules d'intense activité secrétaire. Il comprend généralement quatre à huit sacs aplatis
    appelés citernes, empilés les uns sur les autres et dotés de régions plus développées à leurs extrémités . Associées aux citernes, les petites vésicules de Golgi se groupent le long des extrémités développées des citernes.
  • L'appareil de Golgi traite, trie, emballe et livre les protéines et les lipides destinés à la membrane plasmique, aux lysosomes et aux vésicules de sécrétion. Toutes les protéines
    à exporter de la cellule suivent le même trajet :

ribosomes(site de synthèse des protéines) → RE rugueux → vésicules de transport → appareil de Golgi → vésicules de sécrétion→ expulsion par exocytose.

  • Les protéines et les lipides à inclure dans la membrane plasmique ou à utiliser dans les lysosomes traversent également l'appareil de Golgi.
  • Certaines vésicules deviennent des vésicules de sécrétion qui, par exocytose, déversent leur contenu dans le liquide extracellulaire. Certaines cellules du pancréas sécrètent des
    enzymes digestives de cette manière. La membrane de la vésicule empêche les enzymes situées à l'intérieur de digérer le contenu de la cellule pancréatique. D'autres vésicules
    qui se détachent de l'appareil de Golgi sont remplies d'enzymes digestives destinées à une utilisation dans la cellule. Elles deviennent des organites appelés lysosomes que nous
    décrirons sous peu.

hebergement d'image

5. Les lysosomes (lusis : dissolution, sôma : corps)

  • Vésicules délimitées par une membrane , se forment dans l'appareil de Golgi. Ils contiennent jusqu'à 40 types d'enzymes digestives puissantes (hydrolytiques) capables de dégrader une grande diversité de molécules. Certaines affections sont imputables à des lysosomes défectueux. Ainsi, la maladie de Tay-Sachs est causée par l'absence héréditaire d'une seule enzyme lysosomiale. Normalement, cette dernière dégrade un glycolipide de la membrane (appelé gan-glioside GM2) répandu surtout dans les cellules nerveuses. À mesure que GM2 s'accumule, ces dernières fonctionnent moins efficacement. L'enfant devient aveugle, atteint de démence et de troubles de coordination motrice ; il meurt généralement avant l'âge de cinq ans.
  • Les enzymes lysosomiales fonctionnent mieux si le pH est acide. La membrane lysosomiale comprend des pompes du transport actif de l'ion hydrogène (H+) qui conduisent
    H+ dans les lysosomes. De ce fait, le pH à l'intérieur d'un lysosome est de 5 alors qu'il avoisine 7 dans le cytosol.
  • Les enzymes lysosomiales digèrent les bactéries et d'autres substances qui pénètrent à l'intérieur de la cellule dans des vésicules phagocytaires (phagosomes) au cours de
    la phagocytose, dans des vésicules de pinocytose pendant cette dernière ou dans des endosomes durant l'endocytose par récepteur interposé. Finalement, les produits de la 
    digestion sont assez petits pour passer du lysosome au cytosol. Là, ils sont recyclés afin de synthétiser diverses molécules nécessaires à la cellule.
  • Le lysosome utilise aussi ses enzymes au recyclage des propres structures de la cellule. Il peut englober un autre organite, le digérer et retourner les composants digérés au cytosol en vue d'une réutilisation. De cette façon, les anciens organites sont toujours remplacés. L'autophagie (autos: soi-même, phagio: manger) est le processus par lequel les organites complètement usés sont digérés. Une cellule du foie humain recycle près de la moitié de son contenu, chaque semaine.
  • Les lysosomes sont aussi impliqués dans la digestion extracellulaire. Les enzymes lysosomiales libérées sur le site d'une blessure aident à la digestion des débris cellulaires, ce
    qui prépare la zone blessée à une régénération efficace.

6.Les peroxysomes

  • Les peroxysomes constituent un autre groupe d'organites similaires aux lysosomes par leur structure, mais plus petits .
  • Ils contiennent généralement une ou plus d'une enzyme qui utilise l'oxygène moléculaire afin d'oxyder (de déshydrogéner) diverses substances organiques.
  • Ces réactions produisent de l'eau oxygénée (H2O2) ou peroxyde d'hydrogène.
  • Dans ces derniers, l'une des enzymes appelée catalase utilise L’H202 que génèrent d'autres enzymes afin d'oxyder diverses autres substances (phénol, l'acide formique, le formaldéhyde et l'alcool) qui sont  toxiques et qui peuvent pénétrer dans le circuit sanguin.

7.Les mitochondries

  • Comme elles ont pour fonction de générer l'ATP, une molécule riche en énergie, on les surnomme les « centrales énergétiques » de la cellule. Une mitochondrie est composée de deux membranes dont la structure ressemble à celle de la membrane plasmique . La membrane mitochondriale externe est lisse, mais la membrane interne contient une série de replis appelés crêtes.
  • La cavité centrale d'une mitochondrie, entourée par la membrane interne et par les crêtes, est la matrice. Les plissements complexes des crêtes fournissent une
    surface importante à un groupe de réactions chimiques appelé respiration cellulaire . Les enzymes qui catalysent ces réactions se trouvent sur les crêtes.
  • La respiration cellulaire se produit seulement en présence d'oxygène (O2). Elle assure le catabolisme de molécules de nutriments, tel le glucose, afin de générer l'ATP.
  • Les mitochondries se reproduisent par division. L'ADN, qui fait partie de la structure mitochondriale, régit la réplication. Cette dernière se produit habituellement en
    réaction à un besoin cellulaire accru d'ATP et au moment de la division cellulaire.

8.Le cytosquelette

  • La forme des cellules et l'aptitude à effectuer divers mouvements cellulaires coordonnés dépendent du cytosquelette, un réseau interne complexe de protéines filamenteuses dans
    le cytoplasme. Le cytosquelette est responsable du mouvement de cellules entières, tels les phagocytes, ainsi que du mouvement des organites et des produits chimiques dans la
    cellule.
  • Il est composé de trois principaux types de filaments protéiques
    • Les microfilaments sont des structures en forme de bâtonnets de longueurs variées, formées à partir de la protéine appelée actine. Dans le tissu musculaire, les filaments d'actine (fins) et de myosine (épais) glissent les uns sur les autres afin de produire une contraction (un raccourcissement) des fibres musculaires. Dans les cellules non musculaires, les filaments d'actine procurent soutien et forme. Ils contribuent aussi au déplacement de la cellule (chez les phagocytes et dans les cellules des embryons, par exemple) et aux mouvements intracellulaires (sécrétion, phagocytose et pinocytose).
    • Les microtubules sont plus gros que les microfilaments. Ce sont plutôt des structures droites, élancées et cylindriques composées d'une protéine appelée tubuline. Ensemble, les microfilaments et les microtubules contribuent au soutien et à la forme des cellules. À l'instar d'un tapis roulant, ces derniers déplacent divers organites et substances à travers le cytosol. Ils contribuent au mouvement des pseudopodes caractéristiques des phagocytes. Ils forment, comme nous le verrons sous peu, la structure des flagelles et des cils (appendices cellulaires associés à la mobilité), des centrioles et du fuseau mitotique (lié à la division cellulaire).
    • Les filaments intermédiaires, ainsi appelés du fait que leur taille se situe entre celle des microfilaments et celle des microtubules, sont particulièrement robustes. Un certain nombre de protéines forment ces filaments qui renforcent la structure interne des cellules, maintiennent en place les organites (tel le noyau) et se lient intimement aux microtubules afin de donner une forme à la cellule

9.Les flagelles et les cils

  • La queue du spermatozoïde, utilisée pour la locomotion, constitue le seul exemple de flagelle dans le corps humain

10.Le centrosome et les centrioles

  • Un centrosome est une région dense du cytoplasme située près du noyau.
  • A l'intérieur du centrosome se trouve une paire de structures cylindriques, les centrioles
  • Un centrosome se compose d'une paire de centrioles, entourée par un nuage de matériel amorphe appelé matériel péricentriolaire. Il s'agit d'un édifice composé de microtubules formant la paroi d'un cylindre.
  • Cet ensemble constitue donc un centre organisateur des microtubules ou MTOC, à partir duquel s'effectue la nucléation des microtubules grâce à la présence, à sa surface, d'anneaux de tubuline γ, homologue de la protéine ARP pour l'actine.
  • Les microtubules polymérisent à partir de ce centre organisateur qui représente le point de ralliement des microtubules, lui forgeant alors un rôle primordial dans le trafic intracellulaire.
  • Durant l'interphase, le centrosome est responsable de la nucléation microtubulaire.
  • Le centrosome se duplique au cours de la phase de synthèse (pendant l'interphase) et, pendant la mitose, se sépare pour former les deux pôles du fuseau mitotique (appareil mitotique). Il y a donc 2 paires de centrioles appelées chacune « diplosome », c'est de ces deux pôles que seront nucléés les microtubules du fuseau mitotique.

Récepteurs

Récepteurs

Un récepteur peut être défini comme une structure moléculaire de nature polypeptidique qui interagit spécifiquement avec un messager, hormone, médiateur, cytokine, ou à un contact intercellulaire spécifique. Cette interaction crée une modification du récepteur qui conduit, par exemple, à l'ouverture du canal lié au récepteur, ou se transmet par l'intermédiaire de réactions enzymatiques à l'effecteur distant du récepteur.

Les récepteurs sont situés soit au niveau de la membrane cytoplasmique, soit à l'intérieur de la cellule, dans le noyau notamment. La même cellule comporte en général plusieurs types de récepteurs différents.

Récepteurs membranaires

Un récepteur membranaire comporte une partie extracellulaire où se trouve le site de reconnaissance de la molécule informative, une partie transmembranaire et une partie intracellulaire.

Pour activer un récepteur membranaire, la molécule informative n'a pas à pénétrer dans la cellule. L'activation des récepteurs membranaires par les messagers déclenche des modifications qui peuvent rester localisées à la membrane, s'étendre à l'ensemble du cytoplasme ou atteindre le noyau. Dans ce dernier cas l'activation met en jeu une cascade de réactions enzymatiques intracellulaires, se poursuivant jusqu'au noyau, pour modifier la transcription du DNA en RNA. L'ensemble des réactions qui se déroulent entre l'activation du récepteur membranaire et l'effet cytoplasmique ou nucléaire est généralement appelé transduction du signal, le terme transduction seul pouvant avoir d'autres significations.

hebergement d'image

Les chemins suivis par le signal sont appelés voies de signalisation; ces voies sont nombreuses et diverses, interconnectées et interdépendantes, pouvant se suppléer. On peut les comparer à une carte routière qui peut être très sommaire ou infiniment détaillée. Nous en donnons ici une vue générale simplifiée destinée à faciliter la compréhension du mode d'action des médicaments

La densité, c'est-à-dire le nombre de récepteurs au niveau des cellules, est régulée. Elle tend à diminuer lorsque la concentration du médiateur augmente, et on parle de "down-regulation" avec possibilité d'intériorisation de certains récepteurs. Elle tend à augmenter lorsque la concentration du médiateur s'abaisse, et on parle de "up-regulation". Ce mécanisme qui comporte généralement des phosphorylations ou des déphosphorylations de la partie intracellulaire du récepteur, explique au moins partiellement les phénomènes d'hyposensibilité ou d'hypersensibilité au médiateur. Cette régulation qui a été étudiée sur des récepteurs membranaires, permet de moduler quantitativement la réponse d'une cellule à un médiateur.

De plus certains récepteurs sont inductibles, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas présents spontanément dans une cellule mais peuvent apparaître après avoir été induits par un stimulus, par exemple une cytokine. Cette induction qui concerne des récepteurs membranaires ou intra-cellulaires, peut modifier qualitativement la réponse de la cellule.

On peut distinguer schématiquement trois types de récepteurs membranaires : les récepteurs canaux, les récepteurs enzymes et les récepteurs liés aux protéines G.

Récepteurs-canaux

Ces récepteurs comportent un canal qui fait communiquer le cytoplasme avec le milieu extracellulaire. La molécule informative module l'ouverture du canal et régule, en général, l'entrée dans la cellule soit des cations Na+ ou Ca2+, soit d'anions Cl-.

hebergement d'image

Ces récepteurs-canaux sont à différencier, d'une part des canaux voltage-dépendants dont l'ouverture est régulée par le potentiel membranaire, une dépolarisation cellulaire favorisant leur ouverture, et d'autre part des canaux dont l'ouverture est régulée par l'intermédiaire d'une variation de la concentration intracellulaire du Ca2+, de l'AMPc ou du GMPc.

La caractéristique générale des récepteurs canaux est d'avoir une réponse instantanée et de courte durée. L'ouverture du canal nécessite souvent l'interaction simultanée de deux molécules activatrices : c'est le cas du récepteur nicotinique à l'acétylcholine et du récepteur GABAA.

On distingue :

  • Les récepteurs-canaux cationiques :
    • Récepteurs nicotiniques avec canal ionique (sodique) présents au niveau du système nerveux et des muscles squelettiques
    • Récepteurs HT3 de la sérotonine
    • Récepteurs du glutamate et de l'aspartate

L'ouverture des canaux cationiques, en favorisant l'entrée de Na+ et ou du Ca2+ dans la cellule, entraîne une dépolarisation et une augmentation de l'excitabilité.

  • Les récepteurs-canaux anioniques comme le canal chlorure Cl-:
    • Récepteurs GABAA, auxquels sont associés les récepteurs aux benzodiazépines qui modulent l'ouverture du canal perméable aux ions Cl-
    • Récepteurs de la glycine qui favorisent aussi l'ouverture des canaux Cl-.

La pénétration des ions Cl- dans la cellule augmente sa polarisation et diminue son excitabilité.

Récepteurs-enzymes

Le récepteur possède lui-même une activité enzymatique. Son activation par le messager module cette activité qui est de type kinase ou phosphatase ou guanylate cyclase :

  • de type protéine kinase. La plupart d'entre eux sont des récepteurs tyrosine kinases, désignés habituellement par RTK, un des plus connus étant le récepteur à l'insuline, mais il en existe aussi à activité sérine/thréonine kinase.

Le récepteur de l'insuline est formé de deux sous-unités a et de deux sous-unités ß. Lors de la stimulation par l'insuline, il y a autophosphorylation de la partie intracellulaire du récepteur (un groupe -OH porté par un résidu tyrosyl devient -O-P) et phosphorylation de l'IRS (insulin receptor substrate) attenant au récepteur (R-OH ® R-O-P). Ces protéines dont la phosphorylation s'effectue sur un groupe OH enclenchent des réactions enzymatiques qui seront à l'origine des effets biologiques observés.

hebergement d'image

Les récepteurs protéines kinases, comme celui de l'hormone de croissance, mettent en jeu un ensemble de voies de signalisation complexes. La stimulation du récepteur par l'hormone, provoque la dimérisation du récepteur, sa phosphorylation et l'activation de la phospholipase C (PLC),  des voies STAT (signal transducer and activator of transcription), MAPK (mitogen activated protein kinase) qui interviennent dans la transcription de plusieurs gènes et la voie IRS (insulin receptor substrate).

Il existe également des récepteurs-enzymes à activité tyrosine phosphatase, entraînant au contraire une déphosphorylation de résidus tyrosyl.de type guanylate cyclase

L'activation de ce récepteur-enzyme provoque la formation, à partir de la guanosine triphosphate (GTP), de guanosine monophosphate cyclique (GMPc) qui active des protéines kinases.

hebergement d'image

On peut distinguer deux sortes de guanylate cyclase, l'une membranaire qui est activée par des messagers comme le facteur natriurétique atrial ou ANF, l'autre soluble, présente dans le cytoplasme et qui est activée par le monoxyde d'azote qui diffuse à travers les membranes.

Le GMPc a de nombreux effets encore mal précisés et différents selon les cellules : il agit directement en activant les phosphodiestérases et certains canaux de la membrane plasmique et surtout indirectement par l'intermédiaire de la protéine kinase PKG qui par phosphorylation de plusieurs protéines entraîne divers effets : inactivation de la phospholipase C, ouverture de canaux potassiques, activation de l'ADP-ribosylcyclase qui catalyse la transformation du NAD+ en ADP-ribose-cyclique appelé cADPR, susceptible d'activer le récepteur à la ryanodine du réticulum endoplasmique.

Récepteurs liés aux protéines G

Les récepteurs liés aux protéines G sont ainsi appelés parce que leur activité nécessite la présence de guanosine diphosphate (GDP) qui est phosphorylée pour donner la guanosine triphosphate (GTP). Cette phosphorylation pourrait être couplée à un transfert préalable de protons comme source d'énergie.

Les récepteurs liés aux protéines G sont de nature polypeptidique et comportent une partie extracellulaire portant le site de liaison avec le messager, une partie transmembranaire à sept hélices (parce que la chaîne polypeptidique traverse la membrane sept fois) et une partie intracellulaire en contact avec les protéines G qui assurent le transfert et l'amplification du signal reçu par le récepteur.

Chaque protéine G est hétérotrimérique, c'est-à-dire constituée de trois sous-unités différentes a, ß et g, ces deux dernières formant un complexe hétérodimérique. La stimulation du récepteur conduit à leur dissociation. Le rôle de la sous-unité a est le mieux connu.

  • la sous-unité a, à l'état non actif, comporte une guanosine diphosphate (a-GDP) et est liée aux sous-unités ß et g.
  • lors de l'activation du récepteur, il y a phosphorylation du GDP fixé à la sous-unité a-GDP qui devient a-GTP, et, ainsi phosphorylée, se sépare des sous-unités ß et g.
  • la sous-unité a-GTP module l'activité d'enzymes différentes selon les cellules et entraîne les effets correspondants.
  • l'hétérodimère ßg module également certaines activités enzymatiques.
  • une GTPase déphosphoryle la sous-unité a qui de a-GTP devient a-GDP, laquelle s'associe aux sous-unités ßg pour donner un ensemble inactif.
  • Les substances susceptibles d'interagir avec les récepteurs couplés aux protéines G sont extrêmement nombreuses et diverses: petites molécules comme les catécholamines, peptides et polypeptides, molécules odorantes ainsi que l'ion calcium et la lumière.

    hebergement d'image

    L'effet obtenu dépend essentiellement des GTP-a comme indiqué dans le schéma ci-dessus

    Le complexe ßg à qui on ne connaissait pas initialement d'activités en possède en réalité comme l'activation de phospholipases et de MAP-kinases et la modulation de canaux sodiques ou calciques (activités non indiquées dans le schéma simplifié ci-dessus).

    L'effet observé dépend donc essentiellement de la nature de a; il y a différents types de sous-unités a, notamment les as et ai, qui sont présentes dans la quasi-totalité des cellules

    hebergement d'image

  • L'as de la protéine Gs (s pour stimulant) provoque une activation de l'adénylcyclase avec augmentation de la synthèse d'AMP cyclique
  • La toxine du choléra, en catalysant la ribosylation de la sous-unité a par transfert de l'adénosine-diphosphate-ribose à partir du nicotinamide-adénosine-dinucléotide ou NAD, maintient à l'état activé la protéine Gs qui stimule l'adénylcyclase responsable de l'augmentation de la synthèse d'AMPcyclique et de sécrétion de chlorure et d'eau par la muqueuse intestinale.

    La forskoline, un diterpène, stimule directement l'adénylcyclase sans intervention des protéines G.

  • L'ai de la protéine Gi (i pour inhibiteur) inhibe l'adénylcyclase et diminue la synthèse d'AMPcyclique.
  • La toxine de la coqueluche (Bordetella pertussis) inhibe la protéine Gi, ce qui tend à augmenter la production d'AMPcyclique. Par un mécanisme différent de celui de la toxine du choléra, elle aboutit à un résultat semblable.

    L'hypothyroïdie pourrait augmenter la concentration relative de ai par rapport à as.

  • L'at de la protéine Gt (t pour transducine) est présente au niveau des cellules photo-réceptrices et active une phosphodiestérase qui détruit le GMPc dont le rôle était de maintenir ouverts les canaux sodiques à l'origine de la dépolarisation du nerf optique. La diminution du GMPc entraîne une hyperpolarisation.
  • L'ao (o pour other = autre) des protéines Go, parmi lesquelles on peut distinguer des protéines Gp, Gk, GCa.
    • Gp qui modulent l'activité de la phospholipase C. Il s'agit en général d'une activation, mais une inhibition par stimulation de certains récepteurs muscariniques a été démontrée.
    • Gk qui modulent l'ouverture des canaux potassiques.
    • GCa qui modulent l'ouverture des canaux Ca2+.
  • Cette modulation de l'ouverture des canaux K+ et Ca2+ dépend de la phosphorylation de leur partie intracellulaire par des protéines kinases.

    L'activité des protéines G est de courte durée car une GTPase, partie intégrante des protéines G, hydrolyse l'a-GTP actif en a-GDP inactif qui se lie aux sous-unités ßg.

    Par ailleurs les récepteurs liés aux protéines G peuvent interagir avec des protéines appelées arrestines qui se fixent aux récepteurs et les désensibilisent.

    En résumé, les protéines G assurent le transfert de l'information du récepteur à des enzymes dont elles régulent l'activité. Ces enzymes sont, selon les cellules, l'adénylcyclase, la phospholipase C, la guanylate cyclase et nous allons brièvement en rappeler le rôle.

    Rôle de l'adénylcyclase

    L'adénylcyclase assure, en présence de Mg2+, la transformation de l'ATP en AMP cyclique libérée dans le cytoplasme. C'est une enzyme à localisation trans-membranaire dont le site actif est intracytoplasmique.

hebergement d'image

  •  

    La protéine Gs augmente l'activité de l'adénylcyclase et la production d'AMP cyclique, la protéine Gi a l'effet inverse.

     

    L'AMP cyclique est un activateur enzymatique, notamment des protéines kinases A (PKA) dont le rôle est de phosphoryler un certain nombre de protéines. La protéine kinase A est un tétramère composé de deux unités catalytiques et de deux unités régulatrices. La fixation d'AMP cyclique sur les unités régulatrices libère sous forme active les unités catalytiques qui phosphorylent des acides aminés thréonine et sérine, constituants de protéines qui sont souvent elles-mêmes des enzymes.

    La durée de vie de l'AMP cyclique dans le cytoplasme est courte car il est inactivé par les phosphodiestérases en 5-AMP inactif. L'inhibition des phosphodiestérases prolonge la durée de vie et l'activité de l'AMPc. Les deux plus anciens inhibiteurs des phosphodiestérases sont la théophylline et la caféine qui ont, en outre, d'autres mécanismes d'action, en particulier un effet antagoniste vis-à-vis de l'adénosine.

    Les inhibiteurs de phosphodiestérases particulières, dites de type III, présentes au niveau du myocarde, renforcent les contractions cardiaques. Ces inhibiteurs sont l'amrinone, la milrinone et l'énoximone.

    Trois exemples illustrent la cascade de réactions impliquant une augmentation de la concentration de l'AMPc à la suite de la stimulation de récepteurs ß-adrénergiques et ses conséquences : la transformation du glycogène en glucose-1-phosphate, la stimulation cardiaque et la relaxation d'un muscle lisse.

  • Transformation du glycogène musculaire en glucose-1-phosphate sous l'influence de la phosphorylase a, activée indirectement par l'AMPc.

hebergement d'image

Relaxation d'un muscle lisse : la relaxation des bronches sous l'effet de l'augmentation de la concentration intracellulaire d'AMPc peut s'expliquer par deux mécanismes complémentaires, d'une part la phosphorylation de la MLCK (myosin light chain kinase) qui, ainsi phosphorylée, devient moins activable par le complexe calcium-calmoduline etdonc moins active, d'autre part par la diminution du calcium intracytoplasmique, ce qui réduit l'activation de la calmoduline.

hebergement d'image

 

  • Stimulation cardiaque : l'augmentation de la force des contractions des fibres myocardiques résulte de la phosphorylation des canaux calciques. La phosphorylation des canaux calciques favorise l'entrée de calcium; l'augmentation de la vitesse de relaxation résulte essentiellement de la phosphorylation du phospholamban. Le phospholamban non phosphorylé inhibe la pompe Ca2+-ATPase du réticulum sarcoplasmique. Sa phosphorylation lève cette inhibition et la vitesse de captation du calcium par le réticulum sarcoplasmique augmente, ce qui raccourcit la durée de la contraction.

 

 hebergement d'image

Rôle de la phospholipase C

La protéine Gp active la phospholipase C, encore appelée phospho-inositidase, qui, entre autres fonctions, transforme le phosphatidylinositol 4,5-biphosphate (PIP2) membranaire en diacylglycérol (DAG) qui reste au contact de la membrane lipidique et en inositol 1,4,5 triphosphate (IP3) qui diffuse dans le cytoplasme. Des phospho-inositol kinases dont la PI 4-kinase régénère le PIP2 à partir de l'IP3.

Le DAG est un activateur de la protéine kinase C (PKC) membranaire qui comporte plusieurs molécules de cystéine et des atomes de zinc. La PKC catalyse, en présence obligatoire de Ca2+ et peut-être de phosphatidylsérine, la phosphorylation d'un certain nombre de substrats intervenant dans la transmission synaptique, la différenciation cellulaire, l'exocytose, etc. La phosphorylation s'effectue à partir de l'ATP sur les groupes OH des acides aminés sérine et thréonine mais non tyrosine. Le phorbol, un triterpène qui active la PKC à la manière du DAG, est, à doses élevées, un promoteur de tumeurs. La palmitoylcarnitine est, par contre, un inhibiteur endogène de la PKC. Des produits comme la staurosporine et le balanol inhibent également la PKC

hebergement d'image

L'IP3 diffuse dans le cytoplasme, active un récepteur-canal homotétramérique du réticulum endoplasmique qui s'ouvre et libère du calcium dans le cytoplasme (Voir "Calcium, inhibiteurs calciques, strontium".). Le calcium lui-même module l'ouverture de ce récepteur canal. L'élévation du Ca2+ libre intracytoplasmique entraîne l'activation d'un certain nombre de processus Ca2+-dépendants, comme l'activation de la calmoduline qui possède quatre sites de fixation des ions Ca2+. Le complexe Ca2+/calmoduline peut activer un très grand nombre d'enzymes qui ne sont pas toutes présentes dans chaque cellule et parmi lesquelles on peut citer la MLCK (myosin light chain kinase), ce qui augmente la contraction des muscles lisses, l'AMPc phosphodiestérase, la GMPc phosphodiestérase, la phospholipase A2, la phosphorylase kinase, certaines ATPases, la tyrosine et la phénylalanine hydroxylases.

Un des métabolites de l'IP3, l'IP4 aurait un effet opposé à celui de l'IP3.

Les protéines kinases régulent la synthèse et la libération des médiateurs, la sensibilité des récepteurs (désensibilisation), l'ouverture des canaux ioniques. La PKA et la PKC peuvent phosphoryler des récepteurs membranaires et moduler leur activité. Elles peuvent phosphoryler des protéines cytoplasmiques intervenant dans les voies de signalisation de la transcription des gènes... Ainsi la PKA et la PKC modulent, en sens opposé, l'activité de la protéine Raf qui est une sérine/thréonine kinase intervenant dans la voie mitogénique MAPK.

A titre d'exemple, l'effet a1-vaso-constricteur de la noradrénaline fait intervenir la phospho-inositidase ou PLC.

La noradrénaline entraîne une contraction des vaisseaux en activant les récepteurs a1, les protéines Gp, la phospholipase C, l'inositol triphosphate, IP3, le calcium, la calmoduline qui active la MLCK qui, elle-même, phosphoryle la myosine. La myosine phosphorylée se combine à l'actine entraînant la contraction. La myosine non phosphorylée ne se combine pas à l'actine, ce qui entraîne une relaxation.

hebergement d'image

Effets nucléaires ou génomiques par stimulation de récepteurs membranaires

Les effets que nous avons décrits jusqu'a présent étaient essentiellement cytoplasmiques mais divers messagers comme l'insuline, les cytokines et divers facteurs de croissance, agissant surtout par l'intermédiaire de récepteurs -enzymes tyrosine kinases mais aussi de récepteurs liés aux protéines G, peuvent, sans pénétrer dans la cellule, avoir des effets nucléaires. Ils agissent par l'intermédiaire d'une cascade de réactions impliquant généralement des phosphorylations conduisant à l'activation de protéines qui modifient la transcription et la replication du DNA.

Nous indiquons ici les principales voies de signalisation:

  • voie JAK-STAT où les protéines JAK (ou Janus kinases) situées au contact du récepteur sont phosphorylées et phosphorylent les protéines STAT, (signal transducer and activator of transcription) qui, après phosphorylation, se dimérisent et pénètrent elles-mêmes dans le noyau où elles activent la transcription
  • voie Ras / MAPK (mitogen activated protein kinase) qui conduit à des modifications transcriptionnelles qui favorisent la division cellulaire (mitogène). C'est une voie complexe où interviennent successivement des protéines désignées par des sigles et parfois des chiffres qui ne sont généralement pas évocateurs de leur rôle. Les étapes essentielles de la mise en jeu de la voie Ras/MAPK sont les suivantes : le messager se lie à la partie extracellulaire d'un récepteur membranaire, par exemple le récepteur de l'insuline ou celui du PDGF (platelet derived growth factor) qui se dimérise et, par activité tyrosine kinase, est phosphorylé ; le récepteur interagit alors avec le domaine SH2 de la protéine Grb2 (growth factor receptor bound) qui, phosphorylée, interagit par son domaine SH3 avec la protéine SOS (son of sevenless) qui est phosphorylée. Cette dernière active la protéine Ras (après maturation post-translationnelle par farnésylation) qui de Ras-GDP inactive devient Ras-GTP active. Le Ras-GTP, par activité sérine/thréonine kinase, phosphoryle et active le Raf. Ce dernier active le MAPKK (mitogen-activated protein kinase kinase) qui, par phosphorylation, active des facteurs transcriptionnels tels que C-Myc, C-Jun, C-Fos;.
  • hebergement d'image

  • voie NF-AT (nuclear factor of activated T cells)  qui est inhibée par la ciclosporine (Voir "Ciclosporine".).
  • voie NF-kB qui est un facteur nucléaire présent dans le cytoplasme sous forme inactive de deux protéines P450 et p65 liées à un facteur inhibiteur appelé IkB. La phosphorylation du facteur inhibiteur IkB sous l'influence de divers stimuli libère les deux protéines qui pénètrent dans le noyau et provoquent la transcription des mRNA codant pour plusieurs molécules proinflammatoires. Les glucocorticoïdes, sous forme liée à leur récepteur cytoplasmique, se fixent au NF-kB, c'est-à-dire aux protéines p50 et p65, les empêchant ainsi de pénétrer dans le noyau et d'activer la transcription de facteurs proinflammatoires.
  • voie CREB (cyclic AMP responsive element binding protein). L'AMP cyclique interagit avec la protéine kinase A (PKA), laquelle active la protéine CREB qui se lie à l'élément de réponse correspondant du gène pour moduler sa transcription.
  • Voie Smad: les protéines Smad, découvertes à partir d'expériences de génétique chez la drosophile, sont impliquées dans la transduction du signal après activation des récepteurs transmembranaires sérine/thréonine kinases qui phosphorylent des protéines Smad. Les protéines Smad phosphorylées migrent dans le noyau et forment des complexes avec des facteurs transcriptionnels de type Fast-1 qui modulent la transcription génique. Les messagers connus pour activer la voie Smad sont le TGF-b (transforming growth factor ß) et l'activine.
  • L'activation de plusieurs voies de signalisation aboutit à la formation de protéines AP-1 (activator protein), constituées d'un dimère Jun-Fos par liaison leucine, dimère jouant le rôle de facteur transcriptionnel au niveau du DNA.

    Récepteurs intracellulaires

    Parmi les messagers qui entraînent des effets nucléaires ou génomiques, notamment une modification de la transcription du DNA en RNA, on peut distinguer ceux qui agissent en pénétrant eux-mêmes dans la cellule - et on peut considérer qu'ils ont un effet direct - et ceux qui agissent sans y pénétrer - et on peut considérer qu'ils ont un effet indirect.

    Les messagers à effet direct sont les hormones stéroïdes, testostérone, estradiol, progestérone, cortisone, aldostérone, l'hormone thyroïdienne, la vitamine D, qui est en réalité une hormone, et les rétinoïdes. Après pénétration dans la cellule, ils se lient à une protéine intracellulaire, appelée récepteur, dont ils modifient la conformation pour qu'elle puisse interagir, au niveau nucléaire, avec le DNA.

    Le messager, en raison de son caractère lipophile, traverse la membrane plasmique et interagit soit avec le récepteur présent dans le cytoplasme et c'est le complexe messager-récepteur qui pénètre dans le noyau et se lie au DNA, soit avec le récepteur présent dans le noyau et c'est le complexe formé qui interagit avec le DNA. En réalité, le complexe messager-récepteur se dimérise avant d'interagir avec le DNA (cette dimérisation n'est pas indiquée sur le schéma qui suit).

    La partie du récepteur qui, après activation par l'hormone, se lie au DNA, a une structure dite en doigts de zinc car les atomes de zinc par leurs liaisons avec des résidus histidine et cystéine lui donnent une forme de doigts.

    La partie du DNA où le complexe hormone-récepteur se fixe est désignée par HRE (hormone response element).

    La conséquence de l'interaction entre le complexe récepteur-messager et la partie régulatrice du gène est soit une activation soit une inhibition de la transcription du DNA en mRNA qui commande la biosynthèse des protéines correspondantes mais aussi en RNA de transfert ou tRNA et en RNA ribosomique ou rRNA.

     

    hebergement d'image

    Ce rappel sommaire des voies de signalisation montre leur complexité. Des applications pharmacologiques découlant de la modulation de ces voies sont prévisibles mais elles nécessitent de trouver des médicaments dont l'activité sur une cible particulière soit suffisamment spécifique pour ne pas entraîner trop d'effets indésirables.

     

     

Commentaires (9)

1. M.Aya 09/10/2015

bonjour, quelle est la différence entre l'organisation du corps humain et les niveaux d'organisation structurale?

2. B.Rayene 07/10/2015

in chaa allah monsieur

3. amar-constantine (site web) 07/10/2015

La question sera traiter en salle de cours, merci de me le rappeller

4. B.Rayene 07/10/2015

bonjour monsieur pouvez vous m’expliquer c quoi les citozoles et les centrioles et aussi dans la permeabilite selective qu'elle est le role de la presence de canaux et de transporteurs ?
ET MERCI D’AVANCE

5. rym 28/11/2012

mrc

6. amar-constantine (site web) 27/11/2012

exemple passage passif: L'eau et les molécules liposolubles telles que l'oxygène, le gaz carbonique, l'azote, les stéroïdes et les vitamines liposolubles (A, E, D et K), l'urée, le glycérol, les alcools simples et l'ammoniaque diffusent à travers la double couche phospholipidique de la membrane plasmique, à l'intérieur et à l'extérieur des cellules
Les petites substances non liposolubles peuvent aussi diffuser à l'intérieur et à l'extérieur des cellules à travers de petits canaux (pores) remplis d'eau formés par certaines des protéines intégrales de la membrane. Les ions sodium (Na4), potassium (K4), chlorure (CO et calcium
(Ca~) constituent notamment des exemples importants à ce titre.

La liste des substances transportées activement comprend de nombreux ions tels que Na+, K+, H+, Ca2+, I- et CL, des acides aminés et des monosaccharides. Il existe deux types de transport actif.

7. rym 27/11/2012

Je vous remercie beaucoup de votre attention et je vous remercie pour l'ouverture de ce site et nous espérons que répondu à nos questions et je vous remercie encore une fois

8. rym 27/11/2012

je connais la diffèrence entre les processus actif et passif mais le probleme Je ne comprends pas ou vous vous trouvez l'actif et ou vous vous trouvez passif .quel etat

9. rym 27/11/2012

merci bcp mais c quoi les centrosomes et les centrioles j'ai pas compris b1[i][/i]

Ajouter un commentaire

Vous utilisez un logiciel de type AdBlock, qui bloque le service de captchas publicitaires utilisé sur ce site. Pour pouvoir envoyer votre message, désactivez Adblock.

Date de dernière mise à jour : 15/10/2016

Créer un site gratuit avec e-monsite - Signaler un contenu illicite sur ce site

×