9. S YNTHÈ SE ET ROUTAGE DES PROTÉINES CHEZ LES EUCARYOTES. BIOGENÈ SE DES ORGANITES 247
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
1.3. Différents modes de transfert des
protéines d’un compartiment à un autre
1.3.1. P ASSAGE ÀT RAVERS DES PORES
Les membranes biologiques sont parfois percées de canaux ou de pores laissant passer librement des molécules dont la taille peut atteindre
plusieurs centaines ou milliers de daltons. Des
exemples de structures assurant une communication intercellulaire, aussi bien chez les cellules animales ( jonctions communicantes) que chez les
cellules végétales ( plasmodesmes), seront donnés
dans le chapitre 14. Au sein même de la cellule,
seuls deux organites possèdent des dispositifs de
ce type :1 ) les mitochondries, dont la membrane
externe est percée de pores organisés grâce à une
protéine nommée porine, dont la taille est cependant insuffisante pour laisser passer de gros polypeptides (voir chapitre 10), 2) les noyaux, dont
nous avons déjà vu que l’enveloppe est munie de
complexes des pores de grande taille, qui assurent
de nombreux échanges nucléocytoplasmiques.
1.3.2. F RANCHISSEMENT DIRECT DE MEMBRANES
Les bicouches phospholipidiques sont imperméables à toute grosse molécule polaire, comme le
sont les protéines solubles du hyaloplasme (voir
chapitre 4). De nombreux cas de franchissement
direct de membranes par de telles molécules existent pourtant au niveau de différents organites. Ce
phénomène complexe implique la présence de
protéines intrinsèques, préexistant dans la membrane, et spécialisées dans la translocation de polypeptides partiellement déroulés. La spécificité du
transport est assurée par des récepteurs membranaires qui reconnaissent des signaux particuliers
portés par les molécules à transporter ; après les
avoir reconnues et fixées, ces récepteurs les
confient au système chargé de les transférer. Deux
familles de signaux existent, correspondant à deux
grands modes de transport;le premier se réalise
sur des molécules en cours d’élongation et il est
qualifié de cotraductionnel, le second concerne
des protéines déjà terminées, et il est qualifié de
post-traductionnel.
1.3.3. M ISE EN JEU DE VÉSICULES
Le transport de matière d’un système membranaire à un autre au moyen de vésicules implique
deux processus déjà décrits, à savoir le bourgeonnement et la fusion de membranes (voir chapitre 6). Dans ce cas, le transport concerne à la fois
le contenu et le contenant, c’est-à-dire la cargaison
(petites molécules ou macromolécules), et la membrane limitante. Lorsqu’ils sont unidirectionnels,
les échanges entre compartiments conduisent alors
à des conséquences prévisibles, telles que : diminution de la surface du donneur et augmentation
de celle du receveur, modification de la nature de
leurs constituants membranaires (mélange des
bicouches)… Outre la question de la conservation
de l’identité des compartiments, ce mode de transfert pose divers problèmes : choix des molécules à
transporter, ciblage des vésicules vers un compartiment receveur précis, recyclage éventuel de certains constituants membranaires «précieux»…
Nous verrons qu’ici aussi, c’est toujours le couple
«signal de surface/récepteur» qui est à l’œuvre et
que les interactions entre protéines sont à la base
de tout au sein de la cellule.
1.4. Principales méthodes expérimentales
mises en œuvre dans l’analyse du routage
Avant de décrire les diverses routes suivies par
les protéines, il est utile de rappeler brièvement les
principales techniques ayant conduit à leur identification et à la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires qui les déterminent (voir
chapitre 3). Les expériences de pulse-chase, associées à l’autoradiographie, permettent de visualiser les lieux de synthèse et les trajets suivis par des
molécules ayant incorporé un précurseur radioactif. Les méthodes du fractionnement cellulaire,
combinées aux techniques analytiques de la biochimie ( chromatographie, électrophorèse), complètent l’étude précédente en précisant la nature
des composés en jeu et la séquence de leurs transformations au cours du temps. L’immunocytochimie autorise la détection in situ,àl’échelle des
ultrastructures, de molécules protéiques individuelles et le génie génétique, depuis peu, permet
de construire des protéines chimères grâce auxquelles on peut tester l’influence sur la reconnaissance ou le transport de tel ou tel segment d’une
chaîne polypeptidique. Une des dernières avancées remarquables dans ce domaine est la mise au
point des techniques utilisant la GFP (voir chapitre 3), qui permettent de suivre, en temps réel
dans des cellules vivantes, les déplacements des
protéines.
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
1.3. Différents modes de transfert des
protéines d’un compartiment à un autre
1.3.1. P ASSAGE ÀT RAVERS DES PORES
Les membranes biologiques sont parfois percées de canaux ou de pores laissant passer librement des molécules dont la taille peut atteindre
plusieurs centaines ou milliers de daltons. Des
exemples de structures assurant une communication intercellulaire, aussi bien chez les cellules animales ( jonctions communicantes) que chez les
cellules végétales ( plasmodesmes), seront donnés
dans le chapitre 14. Au sein même de la cellule,
seuls deux organites possèdent des dispositifs de
ce type :1 ) les mitochondries, dont la membrane
externe est percée de pores organisés grâce à une
protéine nommée porine, dont la taille est cependant insuffisante pour laisser passer de gros polypeptides (voir chapitre 10), 2) les noyaux, dont
nous avons déjà vu que l’enveloppe est munie de
complexes des pores de grande taille, qui assurent
de nombreux échanges nucléocytoplasmiques.
1.3.2. F RANCHISSEMENT DIRECT DE MEMBRANES
Les bicouches phospholipidiques sont imperméables à toute grosse molécule polaire, comme le
sont les protéines solubles du hyaloplasme (voir
chapitre 4). De nombreux cas de franchissement
direct de membranes par de telles molécules existent pourtant au niveau de différents organites. Ce
phénomène complexe implique la présence de
protéines intrinsèques, préexistant dans la membrane, et spécialisées dans la translocation de polypeptides partiellement déroulés. La spécificité du
transport est assurée par des récepteurs membranaires qui reconnaissent des signaux particuliers
portés par les molécules à transporter ; après les
avoir reconnues et fixées, ces récepteurs les
confient au système chargé de les transférer. Deux
familles de signaux existent, correspondant à deux
grands modes de transport;le premier se réalise
sur des molécules en cours d’élongation et il est
qualifié de cotraductionnel, le second concerne
des protéines déjà terminées, et il est qualifié de
post-traductionnel.
1.3.3. M ISE EN JEU DE VÉSICULES
Le transport de matière d’un système membranaire à un autre au moyen de vésicules implique
deux processus déjà décrits, à savoir le bourgeonnement et la fusion de membranes (voir chapitre 6). Dans ce cas, le transport concerne à la fois
le contenu et le contenant, c’est-à-dire la cargaison
(petites molécules ou macromolécules), et la membrane limitante. Lorsqu’ils sont unidirectionnels,
les échanges entre compartiments conduisent alors
à des conséquences prévisibles, telles que : diminution de la surface du donneur et augmentation
de celle du receveur, modification de la nature de
leurs constituants membranaires (mélange des
bicouches)… Outre la question de la conservation
de l’identité des compartiments, ce mode de transfert pose divers problèmes : choix des molécules à
transporter, ciblage des vésicules vers un compartiment receveur précis, recyclage éventuel de certains constituants membranaires «précieux»…
Nous verrons qu’ici aussi, c’est toujours le couple
«signal de surface/récepteur» qui est à l’œuvre et
que les interactions entre protéines sont à la base
de tout au sein de la cellule.
1.4. Principales méthodes expérimentales
mises en œuvre dans l’analyse du routage
Avant de décrire les diverses routes suivies par
les protéines, il est utile de rappeler brièvement les
principales techniques ayant conduit à leur identification et à la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires qui les déterminent (voir
chapitre 3). Les expériences de pulse-chase, associées à l’autoradiographie, permettent de visualiser les lieux de synthèse et les trajets suivis par des
molécules ayant incorporé un précurseur radioactif. Les méthodes du fractionnement cellulaire,
combinées aux techniques analytiques de la biochimie ( chromatographie, électrophorèse), complètent l’étude précédente en précisant la nature
des composés en jeu et la séquence de leurs transformations au cours du temps. L’immunocytochimie autorise la détection in situ,àl’échelle des
ultrastructures, de molécules protéiques individuelles et le génie génétique, depuis peu, permet
de construire des protéines chimères grâce auxquelles on peut tester l’influence sur la reconnaissance ou le transport de tel ou tel segment d’une
chaîne polypeptidique. Une des dernières avancées remarquables dans ce domaine est la mise au
point des techniques utilisant la GFP (voir chapitre 3), qui permettent de suivre, en temps réel
dans des cellules vivantes, les déplacements des
protéines.