Chapitre 2 Les biosynthèses au sein de la...
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Chapitre 2 Les biosynthèses au sein de la cellule Partie IC - Le métabolisme cellulaire 1
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Chapitre 2Les biosynthèses
au sein de la cellule
Partie IC - Le métabolisme cellulaire
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Biosynthèses - introduction
des voies d’acheminement jusqu’au site d’action
de la matière première de l’énergie
desinstructions des outils
d’assemblages (enzymes)
Les biosynthèses nécessitent...
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1. Un exemple de biosynthèse : la synthèse des protéines
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Une lecture sans chevauchement
3 hypothèses
A A G C C T A T Gsubstitution
A A G C A T A T Gaa1 aa2 aa3
1 seul aa modifié
A A G C A T A T Gaa1 aa2 aa3
A A G C A T A T Gaa1
aa2aa3
aa42 aa modifiés
aa4aa5aa6
aa7
3 aa modifiés
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Codon et phase de lecture
! 1 acide aminé est codé par 3 nucléotides successifs = 1 codon
! Lecture non chevauchante
! Point de départ fixe : 1 unique cadre de lecture
origineCodon2 Codon3Codon1
AA1 AA2 AA3
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Expérience initiale de Nirenberg (1961)✄
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Détermination du code (1964)
Méthode des filtres moléculaires✄
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Le code génétique❀
hydrophobes hydrophiles
plutôt hydrophobes plutôt hydrophiles8
Propriétés du code génétique
! UniverselExistence de variants (Paramécie, mitochondries)
! Non ambigu! 1 codon -> 1 seul AA
! Dégénéré = redondant- 1 AA pour plusieurs codons- variat° de la 3ème base = base oscillante
! Non aléatoireComportement de l’aa vis à vis de l’eausouvent proche en modifiant 1 unique nt
• codons particuliersSTART : AUGSTOP UAG, UGA, UAA
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Un code ancestral
Sélection du code génétique
il y a plus de 3 milliards d’années
LUCA
Last UniversalCommon Ancestra
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Structure des ARNt
70 à 90 nucléotides "petite taille
Charge de l’acide aminé à ce niveau
Triplet de nucléotides complémentaire du codon
a. Structure bidimensionnelle en “ feuille de trèfle ”.b.Structure tridimensionnelle en L.(CAMPBELL N., “ Biologie ”, ERPI Ed., 1995).11
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Fixation de l’acide aminé à l’ARNt
La liaison entre acide aminé et ARNt contient une énergie potentielle.
12 (CAMPBELL N., “ Biologie ”, ERPI Ed., 1995).
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Constitution des ribosomes
Elément ARNr protéines taille globale
Procaryote
petite sous-unité30S 16 S 21
70 SProcaryotegrande sous-unité
50S 23 S + 5 S 3170 S
Eucaryote
petite sous-unité40S 18 S 33
80 SEucaryotegrande sous-unité
60S 28 S + 5,8 S 4980 S
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Présents en grand nombre : plusieurs millions dans la cellule eucaryote
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Modèle moléculaire du ribosome humain
Ce complexe macromolé-culaire est composé de quatre molécules d'ARN (rubans oranges) et de 82 protéines (en bleu pour la petite sous-unité et rose pour la grande sous-unité).
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http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion/gbb.cel.fa.106.b3/content/access.htm#D8
Le ribosome, espace réactif
! Liaisons faibles (complémentarité structurale)! ARNm dans un sillon externe! 2 sites de liaison ARNt et un site de libération de l’ARNt
15 micro.magnet .fsu.edu
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Les polysomes
Plusieurs ribosomes sont associés à un même ARNm et chacun d’eux synthétise une chaîne polypeptidique.
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http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion/gbb.cel.fa.106.b3/content/access.htm#D8
coiffe 5’
polyA 3’
ARN circulariséAUG
Rappel : organisation d’un ARNm eucaryote
AAA…AAA5’ 3’
un polypeptide
AUG
site de liaison du ribosome
séquence non codanteséquence codante
codon stop
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Dans le cytosol, ARNm pseudo-circulaire chez les eucaryotes : des facteurs protéiques associent coiffe et queue poly-A.
Initiation de la traduction
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La traduction : une polymérisation
! Réaction de condensation ! Catalysée par peptidyl-transférase:! Ribozyme ! ARN 28S de la grande su
Rappel : formation d’une liaison peptidique
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L’élongation : polymérisation ordonnée d’acides aminés
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L’avancée du ribosome nécessite un GTPet un facteur d’élongation
Liaison peptidique formée grâce à l’ARN 28S
Un facteur d’élongation contrôlela bonne association moyennant un GTP
Le flottement de la 3ème base : le wobble
I : inosine, équivalent désaminé de la guanosine
Les codons UUU et UUC de Phe sont tous les deux reconnus par l’ARNt dont l’anticodon est GAA.
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La traduction a lieu avec 30 à 40 sortes d’ARNt dans le cytosol eucaryote, 22 dans les mitochondries.
La terminaison
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Expérience de Palade
Pulse = marquage des cellules pendant quelques minutes avec de la leucine tritiéeChasse = temps passé dans un milieu froid (= non radioactif) : les cellules sont autoradiographiées à différents temps de chasse pour localiser la radioactivité.
Pôle basal : côté capillaires
Pôle apical : côté lumière, espace de sécrétion
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Mise en évidence d’un signal de sécrétion
- Sans microsomes => protéine plus longue- Avec microsomes => protéine de longueur normale- + protéases – microsomes => protéine dégradée- + protéases + microsomes => protéine intacte- protéine dépourvue de signal + microsomes + protéases => protéine dégradée
Expériences de traduction in vitro d’une protéine sécrétée : Hypothèse du signal
Obtention de microsomes
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Translocation des protéines membranaires et sécrétées vers le REG
(ALBERTS B. et coll., “ Biologie moléculaire de la cellule ”, 4e edition)25
SRP = ribonucléoparticule : 6 protéines + 1 ARN
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vTranslocation des protéines membranaires et sécrétées vers le REG
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Maturation structurale des protéines
27 http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion/gbb.cel.fa.106.b3/content/access.htm#D8
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Les molécules chaperonnes
Les protéines hsp70 agissent précocement, en reconnaissant de petites régions à la surface de protéines. Les protéines hsp60 agissent ensuite sur les protéines qui n’ont pas réussi à se replier correctement. L’hydrolyse de l’ATP par les protéines hsp contribue à la liaison et à la libération des protéines et les aident à adopter leur conformation finale.
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Maturation des protéines
ALBERTS B. et coll., “ Molecular Biology of the Cell ”, 4e edition29
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Adressage vers le lysosome
(ALBERTS B. et coll., “ Biologie moléculaire de la cellule ”, 3e edition)30
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Le mannose 6 phosphate est une information de position «lysosome»
Adressage des protéines mitochondriales à codage nucléaire
http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion
TOM = Translocon of the Outer MembraneTIM = translocon of the Inner Membrane 31
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L’entrée dans le noyau : nécessité d’un SLN
ht tp:/ / www.ulysse.u-bordeaux.fr/ atelier/ ikramer/ biocell_diffusion32
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L’entrée dans le noyau : nécessité d’un SLN
http://www.ulysse.u-bordeaux.fr/atelier/ikramer/biocell_diffusion
Le signal (SLN ou nls) est associé à un complexe qui permet de passer à travers les pores nucléaires
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2. Des biosynthèses localisées dans les différents compartiments cellulaires
Biosynthèse des précurseurs des phospholipides
glycérol 3P
glucose
1ère partie dela glycolyse
di-hydroxy-acétone P
réduction
mitochondrieacétyl
coenzymeA
acide gras
acyl-coenzymeAprécurseurs
n acétylcoenzymeA
NADH, H+
NADPH,H+
triglycéride
glycérol
condensations
coenzyme A, ATP
à partir des lipides alimentaires
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Biosynthèse de la phosphatidylcholine
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Synthèse simplifiée
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glycérol 3P
2 acyl-coenzymeA
+ acide phosphatidique
2 coenzymes A
Diacyl glycérol (DAG)
groupement P
Phosphatidyl choline
+ C P P choline
Dans le reticulum lisse
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Distribution des lipides membranes synthétisés
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Les fibres de collagène
Organisation moléculaire et structure des fibres de collagène de type I.Le collagène s’organise en fibres épaisses visibles en ME dans les tissus conjonctifs.(CALLEN JC., “ Biologie cellulaire : des molécules aux organismes ” ; Dunod Ed., 1999).
Molécules de (tropo)collagène associées en fibrille
Fibrilles associées en fibres
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Le tropocollagène, une protéine particulière
- composition particulière : 1/3 de glycine, 1/4 de proline + lysines.
- séquence répétée : une glycine tous les 3 acides aminés, le plus souvent (Gly - Pro - OHPro)n
- nombreuses modifications post-traductionnelles : lysine et proline sont fréquemment hydroxylées.
proline => hélice particulièrecar la liaison peptidique est imbriquée dans le cycle : cela crée un coude.
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Le collagène
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Etapes de synthèse du collagène
http://biochimiedesproteines.espaceweb.usherbrooke.ca/3f.html
Etape 1 - excision du peptide signal.
Etape 2 - hydroxylation de plusieurs Pro et Lys, N-glycosylation du propeptide C-terminal, O-glycosylation de certaines hydroxyLYS.
Etape 3 - alignement de trois chaînes grâce à des modifications + formation de ponts S-S entre propeptides C-terminaux.
Etape 4 - dans l’appareil de Golgi, enroulement de la triple hélice « comme une fermeture éclair » en direction N-terminale.
Etape 5 - suite de la maturation, puis exocytose.
Etape 6 - des procollagène-peptidases ont clivé les propeptides terminaux, libérant une triple hélice mature de tropocollagène.
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Maturation et acheminement du collagèneREG
Synthèse protéique (ribosomes) → prochaîne α de collagèneHydroxylation proline et lysine (hydroxylases)
Glycosylations (glycosyltransférases)
Appareil de Golgi : Auto-assemblage des prochaînes en triple hélice
procollagèneGlycosylations (glycosyltransférases)
Vésicules golgiennes : Transport et exocytose du procollagène
Clivage des extrémités terminales du procollagène = tropocollagène (protéases)
Auto-assemblage du tropocollagène (liaisons covalentes)
ETAPES INTRA-CELLULAIRES(fibroblaste)
ETAPES EXTRA-CELLULAIRES(matrice)
membrane plasmique
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Cas de la cellulose de la paroi végétaleCharpente cellulosique de la paroi (X 30 000).
http://acces.ens-lyon.fr/biotic/morpho/html/paroi.htm44
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Les transports entre compartiments
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Bilan des synthèses et distribution
noyau
appareil de Golgi
lysosomevésicule de sécrétion
mitochondrie peroxysomes
chloroplaste
cytosol
REG
REL
polysomes
toutes les endomembranes
ADN ARN
Phospholipides membranaires
Protéines Protéines
glucides simples polymères
glucidiquesprotéine
membranaire protéine sécrétée
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