Fiche de révision : Dégradation et recyclage cellulaires

📋 Plan du Cours

1. Turnover et protéolyse
2. Marquage par l’ubiquitine
3. Architecture du protéasome
4. Caractéristiques des lysosomes
5. Biogenèse des lysosomes
6. Hydrolases lysosomales
7. Hydrolases lysosomales et substrats
8. Adressage des hydrolases lysosomales
9. Fonctions digestives des lysosomes
10. Structure et rôles des peroxysomes
11. Production et élimination des ERO

📖 1. Turnover et protéolyse

🔑 Notions clés & Définitions

• Demi-vie d’une enzyme : Le temps nécessaire pour qu’elle perde la moitié de son activité spécifique par dénaturation et inactivation.

📝 Points essentiels

• Les protéines sont constamment synthétisées et dégradées, ce qui constitue leur turnover.

• Les trois processus de protéolyse sont :

  • L’hydrolyse non spécifique par des protéases
  • Le système protéolytique lysosomal, associé à une demi-vie longue
  • Le système ubiquitine-protéasome, sélectif et nécessitant de l’énergie

💡 Astuce mémo

Lysosome : demi-vie longue ; ubiquitine-protéasome : sélectif et énergivore

📖 2. Marquage par l’ubiquitine

★ À maîtriser

• L’ubiquitine est une protéine de 76 acides aminés d’une masse de 8,6 kDa, comportant sept résidus lysine et une glycine en position C-terminale, Gly76.

• L’ubiquitination fait intervenir l’enzyme activatrice de l’ubiquitine E1, l’enzyme de conjugaison E2 et l’enzyme ligase E3.

📌 Un motif de polyubiquitination formé d’au moins quatre ubiquitines adresse une protéine vers le protéasome 26S.

Compléments

📌 La mono-ubiquitination et la multi-mono-ubiquitination n’entraînent pas la dégradation de la protéine, contrairement à la polyubiquitination par au moins quatre ubiquitines.

• Les enzymes de désubiquitinylation sont des régulateurs du système ubiquitine-protéasome.

📖 3. Architecture du protéasome

★ À maîtriser

• Le protéasome 26S est constitué de la particule 20S et de la particule 19S.

• La particule 20S constitue le cœur protéolytique du protéasome.

• Dans la particule 20S, les sous-unités α régulent l’accès des protéines, tandis que les sous-unités β assurent l’activité catalytique.

• La particule 19S reconnaît les protéines, élimine l’ubiquitine, déplie les protéines et active le protéasome, qui hydrolyse alors les protéines en peptides de 7 à 9 résidus.

Compléments

• Le Svedberg, noté S, est une unité de mesure du taux de sédimentation.

• Dans la particule 20S, β1 clive après des résidus acides, β2 après des résidus basiques et β5 après des résidus aromatiques ; β3, β4, β6 et β7 n’ont pas d’activité protéolytique.

• La particule 19S forme une coiffe à une ou aux deux extrémités du protéasome et comprend 19 sous-unités, dont six ont une activité ATPase.

📖 4. Caractéristiques des lysosomes

★ À maîtriser

• Les lysosomes sont des vésicules limitées par une membrane, d’environ 0,5 μm.

• La lumière lysosomale est acide, avec un pH d’environ 5, et riche en hydrolases acides.

Compléments

• La membrane lysosomale contient notamment :
  • Une pompe à protons de type ATPase
  • Des protéines membranaires glycosylées
  • Des perméases

• La digestion intracellulaire concerne les éléments issus de :
  • L’endocytose
  • La phagocytose
  • L’autophagie
  • Le cytosol

📖 5. Biogenèse des lysosomes

★ À maîtriser

• 🔄 La maturation des compartiments issus de l’endocytose suit cet enchaînement :
  1. Les vésicules d’endocytose fusionnent pour former des endosomes précoces à pH d’environ 7,4
  2. Les endosomes précoces fusionnent avec des lysosomes primaires pour former des endosomes tardifs à pH d’environ 6
  3. Les endosomes tardifs fusionnent avec des lysosomes primaires pour former des lysosomes à pH d’environ 5

Compléments

• La fusion d’un endosome tardif avec un lysosome forme un endolysosome.

💡 Astuce mémo

Endosome précoce → tardif → lysosome

📖 6. Hydrolases lysosomales

★ À maîtriser

• Les lysosomes contiennent plus de 40 hydrolases différentes, notamment des protéases, des lipases, des phospholipases, des glucosidases et des nucléases.

• Les hydrolases lysosomales sont actives en milieu acide et leur pH optimal est de 5,5.

Compléments

• Les hydrolases lysosomales sont des protéines glycosylées portant du mannose-6-phosphate (M6P).

📖 7. Hydrolases lysosomales et substrats

📝 Points essentiels

• Les hydrolases lysosomales comprennent les phosphatases (phosphatase acide sur les phosphomonoesters et phosphodiestérase sur les phosphodiesters), les nucléases (ribonucléase acide sur l’ARN et désoxyribonucléase sur l’ADN), les protéases (cathepsine sur les protéines et collagénase sur le collagène), les polysaccharidases et oligosaccharidases (α-glucosidase sur le glycogène et α-mannosidase sur les oligosaccharides mannosylés)

📖 8. Adressage des hydrolases lysosomales

📝 Points essentiels

• Le signal d’adressage des hydrolases lysosomales est le mannose-6-phosphate (M6P), dont la formation mobilise la N-acétylglucosamine phosphotransférase (GlcNAc 1-phosphotransférase) et la phosphoglycosidase.

• 🔄 L’adressage des hydrolases lysosomales suit ces étapes :
  1. Ajout d’un résidu GlcNAc-1P sur le C6 d’un ou plusieurs mannoses.
  2. Obtention du signal M6P dans le compartiment médian.
  3. Fixation du M6P à son récepteur dans le trans-Golgi.
  4. Formation de vésicules à clathrine qui fusionnent avec un endosome précoce.
  5. Acidification qui libère les hydrolases, puis déphosphorylation qui les active.

💡 Astuce mémo

M6P se forme, est reconnu au Golgi, puis libéré dans l’endosome acidifié.

📖 9. Fonctions digestives des lysosomes

★ À maîtriser

• 🔄 Lors de la phagocytose :
  1. Adhésion.
  2. Formation d’un phagosome.
  3. Fusion du phagosome avec un lysosome pour former un phagolysosome.

• L’autophagie permet la digestion et/ou le recyclage de matériel intracellulaire, notamment des organites cellulaires et des portions membranaires.

Compléments

• L’hétérophagie permet la digestion intracellulaire d’éléments exogènes, notamment des bactéries et des déchets.

• Y. Ohsumi a reçu le prix Nobel de médecine en 2016, en lien avec l’autophagie.

• La dégradation lysosomale des protéines mono-ubiquitinées est signalée par la mono-ubiquitination, qui sert de signal d’adressage vers les lysosomes.

💡 Astuce mémo

Hétérophagie : matériel extérieur ; autophagie : matériel intracellulaire.

📖 10. Structure et rôles des peroxysomes

★ À maîtriser

• Les peroxysomes sont des sacs membraneux de 0,15 à 1,7 μm, délimités par une membrane qui entoure une matrice.

📌 La matrice des peroxysomes contient des oxydases qui produisent H₂O₂ et de la catalase qui dégrade H₂O₂.

• Les principales fonctions oxydatives des peroxysomes comprennent :
  • La β-oxydation des acides gras à longues chaînes
  • La conjugaison des acides biliaires
  • L’élimination de la xanthine
  • L’élimination de l’acide urique, sauf chez l’Homme

Compléments

• Les peroxysomes ne font pas partie du système endomembranaire.

• La membrane des peroxysomes contient trois catégories de protéines :

  • Protéines ABC
  • Peroxines (PEX)
  • Cytochrome P450

📖 11. Production et élimination des ERO

📝 Points essentiels

• Les ERO comprennent :
  • O₂
  • ⁻
  • OH
  • • NO
  • H₂O₂
  • ONO₂⁻

• Six types de réactions produisent des ERO :
  • Chaîne respiratoire mitochondriale
  • NADPH oxydase
  • Xanthine-déshydrogénase
  • Ions métalliques Fe et Cu
  • NO synthase
  • Oxydases des peroxysomes

• L’élimination des ERO mobilise la superoxyde dismutase (SOD), la catalase (CAT) et la glutathion peroxydase (GPx).