Fiche de révision : Système endomembranaire

📋 Plan du Cours

1. Origine et définition du système endomembranaire
2. Compartiments et topologie cellulaire
3. Transport vésiculaire et adressage
4. Réticulum endoplasmique
5. Synthèse et maturation protéique
6. Appareil de Golgi
7. Endosomes et recyclage
8. Lysosomes et digestion cellulaire
9. Adressage lysosomal et pathologies

📖 1. Origine et définition du système endomembranaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Système endomembranaire : Ensemble des compartiments intracellulaires membranaires des cellules eucaryotes, à l’exception des mitochondries, des peroxysomes et des chloroplastes, qui communiquent entre eux et avec la membrane plasmique par des vésicules ou des canalicules.

📝 Points essentiels

• 🔄 Les étapes évolutives sont: invagination de la membrane plasmique, formation du noyau, acquisition d’un endosymbiote, acquisition d’une mitochondrie, transfert de gènes de l’endosymbiote vers le noyau

💡 Astuce mémo

Invagination membranaire et endosymbiose → compartimentation eucaryote

📖 2. Compartiments et topologie cellulaire

★ À maîtriser

• Les principaux compartiments sont:
  • l’enveloppe nucléaire
  • le réticulum endoplasmique lisse et rugueux
  • l’appareil de Golgi
  • les endosomes
  • les lysosomes
  • les cavéosomes

📌 La lumière des compartiments du système endomembranaire est topologiquement équivalente au milieu extracellulaire, tandis que le cytosol reste du côté intracellulaire des membranes.

Compléments

• Dans l’hépatocyte, le système endomembranaire représente environ 17 % du volume cellulaire et 58 % de la surface membranaire totale.

💡 Astuce mémo

Lumière endomembranaire = extérieur ; cytosol = intérieur

📖 3. Transport vésiculaire et adressage

★ À maîtriser

• 🔄 Le transport vésiculaire suit quatre étapes:
  1. bourgeonnement d’une vésicule recouverte
  2. déshabillage de la vésicule
  3. transport cytosolique
  4. fusion avec le compartiment receveur

📌 Les protéines Rab-GTP facilitent l’arrimage des vésicules par leurs effecteurs, tandis que l’appariement de la v-SNARE vésiculaire avec la t-SNARE cible verrouille l’arrimage et prépare la fusion.

📌 L’orientation des protéines transmembranaires est conservée pendant leur transport vésiculaire du réticulum endoplasmique jusqu’à la membrane plasmique.

Compléments

• Les revêtements protéiques des vésicules comprennent notamment la clathrine, les coatomères COP I et COP II, FAPP et la cavéoline.

💡 Astuce mémo

Bourgeonnement → déshabillage → transport → fusion

📖 4. Réticulum endoplasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Réticulum endoplasmique : Réseau de saccules et de canalicules membranaires en continuité avec la membrane externe de l’enveloppe nucléaire.

📝 Points essentiels

📌 Le réticulum endoplasmique rugueux porte des ribosomes sur sa face cytoplasmique, tandis que le réticulum endoplasmique lisse en est dépourvu et forme un réseau de canalicules interconnectés.

• Les fonctions du réticulum endoplasmique comprennent: la translocation des protéines, la maturation post-traductionnelle des protéines, la synthèse des phospholipides, du cholestérol et des stéroïdes, le stockage du calcium, la détoxification par le cytochrome P450

• Les ribosomes synthétisant une protéine destinée au réticulum endoplasmique sont recrutés par un peptide signal reconnu par les particules de reconnaissance du signal, puis se fixent au translocon pour permettre la translocation co-traductionnelle.

💡 Astuce mémo

RE rugueux : protéines ; RE lisse : lipides

📖 5. Synthèse et maturation protéique

📝 Points essentiels

• Le peptide signal d’adressage au réticulum endoplasmique est une séquence hydrophobe d’environ vingt acides aminés située en position N-terminale.

📌 Les protéines solubles peuvent être résidentes du RE, destinées au Golgi, aux endosomes ou aux lysosomes, insérées dans la membrane plasmique ou sécrétées, tandis que les protéines transmembranaires conservent leurs segments hydrophobes dans la membrane.

• La N-glycosylation transfère en bloc un oligosaccharide sur une asparagine située dans la séquence consensus Asn-X-Ser/Thr.

• Dans la lumière du RE, les chaperonnes retiennent les protéines mal repliées jusqu’à leur conformation correcte ; en cas d’échec, elles sont rétrotransloquées vers le cytosol et dégradées par le protéasome.

💡 Astuce mémo

Signal → translocon → repliement → contrôle qualité

📖 6. Appareil de Golgi

🔑 Notions clés & Définitions

• Appareil de Golgi : Empilement de 3 à 10 saccules organisé en face cis d’entrée, région médiane et face trans de sortie, associé à des réseaux de vésicules et de canalicules.

📝 Points essentiels

• L’appareil de Golgi transfère, modifie et trie les molécules produites dans le RE et constitue un site majeur de synthèse des glycoprotéines et des sphingolipides.

• Dans l’appareil de Golgi, les protéines subissent des glycosylations N et O, une sulfoconjugaison, puis un tri dans le réseau trans-golgien vers la membrane plasmique, les endosomes, les lysosomes ou les vésicules de sécrétion.

📌 Les protéines résidentes du RE retournent du Golgi vers le RE par des vésicules COP I grâce au signal KDEL reconnu par un récepteur dont le signal cytosolique de retour est KKXX.

📌 La voie de sécrétion continue ne stocke pas les protéines et constitue la voie par défaut, tandis que la voie de sécrétion régulée concentre les protéines dans des vésicules qui attendent un signal avant leur fusion avec la membrane plasmique.

💡 Astuce mémo

Cis → médian → trans : modifier puis trier

📖 7. Endosomes et recyclage

🔑 Notions clés & Définitions

• Endosome : Compartiment hétérogène de 60 à 400 nm, alimenté par l’endocytose et le réseau trans-golgien, contenant une H+-ATPase et devenant progressivement plus acide.

★ À maîtriser

📌 L’endosome précoce présente un pH supérieur à 7,0 jusqu’à 6,5 et permet le recyclage, tandis que l’endosome tardif présente un pH compris entre 6,5 et 5 et fusionne avec les lysosomes.

• Lors de l’endocytose du LDL, le LDL se fixe à son récepteur, le complexe est internalisé, le pH acide de l’endosome précoce dissocie le LDL du récepteur, puis le récepteur est recyclé vers la membrane plasmique et le LDL est dirigé vers le lysosome.

Compléments

• Les corps multivésiculaires se forment par bourgeonnement de la membrane endosomale vers sa lumière grâce aux complexes ESCRT et peuvent libérer des exosomes après fusion avec la membrane plasmique.

💡 Astuce mémo

Endosome précoce → tardif → recyclage ou lysosome

📖 8. Lysosomes et digestion cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Lysosome : Compartiment membranaire de 200 à 500 nm, présent dans toutes les cellules, dont la lumière contient des hydrolases acides actives à pH 5 et qui constitue le site majeur de digestion cellulaire.

📝 Points essentiels

• Les lysosomes contiennent notamment des lipases, protéases, nucléases, glycosidases, phosphatase acide, sulfatases et phospholipases, dont l’activité est optimale à pH 5.

• Les lysosomes proviennent de la maturation des endosomes tardifs par formation d’endolysosomes, hydrolyse progressive du contenu puis constitution d’un lysosome à hydrolyse résiduelle.

• Les quatre voies d’entrée du matériel sont:

  • l’endocytose
  • la phagocytose
  • l’entrée directe par des perméases
  • l’autophagie

💡 Astuce mémo

Acidification → activation des hydrolases → digestion

📖 9. Adressage lysosomal et pathologies

★ À maîtriser

• Dans le cis-Golgi, une GlcNAc-phosphotransférase ajoute un GlcNAc-phosphate sur un mannose d’une glycoprotéine lysosomale, une phosphoglycosidase expose ensuite le mannose-6-phosphate, puis le récepteur au M6P dirige la protéine vers l’endosome.

📌 Le récepteur au M6P transporte les hydrolases du réseau trans-golgien vers l’endosome précoce puis est recyclé vers le réseau trans-golgien, tandis que les hydrolases sont dirigées vers le lysosome.

• Les pathologies lysosomales résultent de l’absence d’enzymes ou de perméases, du blocage de l’acidification ou de l’accumulation de matériaux non hydrolysables.

Compléments

• L’absence d’hexosaminidase provoque l’accumulation du ganglioside GM2 et constitue un modèle murin du syndrome de Tay-Sachs, maladie neurodégénérative fatale.

• La chloroquine bloque l’acidification lysosomale, réduit l’activité des hydrolases et peut empêcher la digestion de l’hémoglobine par Plasmodium.

💡 Astuce mémo

M6P dirige vers le lysosome ; absence de M6P dirige vers la sécrétion

📊 Tableaux de synthèse

Compartiments endomembranaires