organites et sa résistance à un traitement protéolytique appliqué à ces derniers sont la preuve que la
protéine marquée est bien entrée dedans. Les premières expériences ont montré que les protéines
que l’on purifie directement à partir des organites
ne sont pas capables d’être importées ; une découverte importante, due à la biologie moléculaire
(vers 1980), est que seules le sont des protéines
directement fabriquées in vitro à partir de leurs
ARN messagers. Le phénomène d’importation est
alors très rapide et demande moins de 3m inutes
après la mise en contact avec les mitochondries.
La différence entre protéines néoformées et protéines installées dans l’organite porte sur une
séquence de quelques dizaines d’acides aminés, en
position N-terminale ; il est clair qu’on doit chercher à ce niveau le signal d’adressage vers l’organite. Toutes ces études ont bénéficié des résultats
expérimentaux et des apports conceptuels relatifs
à l’adressage vers le réticulum endoplasmique
rugueux, de quelques années antérieurs.
5.3.2. É TAPES ET MÉCANISMES DE L ’ IMPORTATION
DANS LA MATRICE MITOCHONDRIALE OU DANS
LE STROMA DES CHLOROPLASTES
La comparaison de nombreuses séquencessignal d’importation de ce type, aussi bien chez les
mitochondries que chez les plastes, a permis
d’identifier leurs propriétés communes capitales
pour l’importation, et de mieux comprendre les
mécanismes en jeu. Ces séquences forment une
hélice α présentant, d’un côté une large zone
hydrophobe, et de l’autre une zone chargée positivement. Les protéines qui les portent sont, dès leur
«sortie» du ribosome, prises en charge par d’autres
protéines hyaloplasmiques spécialisées, chargées
de les maintenir dans un état déroulé ( protéineschaperons, dont le fonctionnement nécessite
l’hydrolyse de l’ATP ; voir plus loin). Grâce à la
séquence-signal, ces complexes sont reconnus et
fixés par des récepteurs protéiques portés par la
membrane externe des organites semi-autonomes.
Ainsi chargés, les récepteurs rejoignent des zones
très localisées de l’enveloppe où les deux membranes se touchent : les sites de contact (on en
compte plusieurs centaines par mitochondrie) ; à
leur niveau existent des sortes de «tunnels » capables de prendre en charge à leur tour la protéine à
transporter. Ces tunnels sont constitués de deux
parties indépendantes, formées à la fois de protéines de la membrane externe et de la membrane
interne, susceptibles de s’associer momentanément. Le récepteur et les protéines-chaperons sont
ensuite recyclés dans le noyau (voir figure 9.23).
La séquence-signal N-terminale est la première
à franchir ce tunnel et elle se trouve directement
injectée dans la matrice ou dans le stroma. La force
qui tire cette séquence vers l’intérieur est identifiée, au moins chez les mitochondries, au puissant
champ électrique qui existe de part et d’autre de la
membrane interne ; la suppression de ce dernier,
par différentes méthodes qui détruisent le gradient
de protons (voir chapitre 10), inhibe la pénétration.
On calcule que le champ électrique associé à ce
gradient est supérieur à 200 000 volts.cm
–1
, et on a
en fait une véritable électrophorèse de la séquencesignal, chargée positivement, vers l’intérieur de
l’organite, lui-même chargé négativement. La
chaîne polypeptidique est progressivement enfilée
à travers le tunnel et elle prend, petit à petit, sa
configuration tertiaire définitive grâce à l’aide de
protéines-chaperons spécifiques des mitochondries et des plastes (voir plus loin). À la différence
des mitochondries, la pénétration de la séquencesignal des protéines destinées au stroma des chloroplastes ne peut pas faire intervenir de champ
électrique, car il est inexistant à ce niveau ;
d’autres mécanismes doivent donc exister.
Au sein des organites, des protéases particulières
( signal-peptidases) clivent la séquence-signal
désormais inutile, et raccourcissent ainsi la chaîne
polypeptidique. On comprend ainsi pourquoi ces
protéines, une fois importées, sont devenues
inaptes à une importation ultérieure dans des systèmes in vitro. Les protéines adressées par ce mécanisme ont plusieurs destinations possibles : 1) elles
peuvent rester dans la matrice mitochondriale (cas
de l’alcool déshydrogénase mitochondriale de
levure, par exemple) ou dans le stroma des chloroplastes (cas de la petite sous-unité de l’enzyme
RUBISCO ou de la ferrédoxine ; voir chapitre 10),
2) elles peuvent s’intégrer dans la membrane mitochondriale interne ou bien dans les membranes
plastidiales internes et thylakoïdiennes, si elles
possèdent des caractéristiques d’hydrophobicité
adéquates, 3) elles peuvent enfin s’associer, en tant
qu’éléments constitutifs ou comme protéines extrinsèques internes, aux multiples complexes membranaires qui sont enchâssés dans les membranes, et
qui leur sont de fait directement accessibles.
9. S YNTHÈ SE ET ROUTAGE DES PROTÉINES CHEZ LES EUCARYOTES. BIOGENÈ SE DES ORGANITES 281
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
protéine marquée est bien entrée dedans. Les premières expériences ont montré que les protéines
que l’on purifie directement à partir des organites
ne sont pas capables d’être importées ; une découverte importante, due à la biologie moléculaire
(vers 1980), est que seules le sont des protéines
directement fabriquées in vitro à partir de leurs
ARN messagers. Le phénomène d’importation est
alors très rapide et demande moins de 3m inutes
après la mise en contact avec les mitochondries.
La différence entre protéines néoformées et protéines installées dans l’organite porte sur une
séquence de quelques dizaines d’acides aminés, en
position N-terminale ; il est clair qu’on doit chercher à ce niveau le signal d’adressage vers l’organite. Toutes ces études ont bénéficié des résultats
expérimentaux et des apports conceptuels relatifs
à l’adressage vers le réticulum endoplasmique
rugueux, de quelques années antérieurs.
5.3.2. É TAPES ET MÉCANISMES DE L ’ IMPORTATION
DANS LA MATRICE MITOCHONDRIALE OU DANS
LE STROMA DES CHLOROPLASTES
La comparaison de nombreuses séquencessignal d’importation de ce type, aussi bien chez les
mitochondries que chez les plastes, a permis
d’identifier leurs propriétés communes capitales
pour l’importation, et de mieux comprendre les
mécanismes en jeu. Ces séquences forment une
hélice α présentant, d’un côté une large zone
hydrophobe, et de l’autre une zone chargée positivement. Les protéines qui les portent sont, dès leur
«sortie» du ribosome, prises en charge par d’autres
protéines hyaloplasmiques spécialisées, chargées
de les maintenir dans un état déroulé ( protéineschaperons, dont le fonctionnement nécessite
l’hydrolyse de l’ATP ; voir plus loin). Grâce à la
séquence-signal, ces complexes sont reconnus et
fixés par des récepteurs protéiques portés par la
membrane externe des organites semi-autonomes.
Ainsi chargés, les récepteurs rejoignent des zones
très localisées de l’enveloppe où les deux membranes se touchent : les sites de contact (on en
compte plusieurs centaines par mitochondrie) ; à
leur niveau existent des sortes de «tunnels » capables de prendre en charge à leur tour la protéine à
transporter. Ces tunnels sont constitués de deux
parties indépendantes, formées à la fois de protéines de la membrane externe et de la membrane
interne, susceptibles de s’associer momentanément. Le récepteur et les protéines-chaperons sont
ensuite recyclés dans le noyau (voir figure 9.23).
La séquence-signal N-terminale est la première
à franchir ce tunnel et elle se trouve directement
injectée dans la matrice ou dans le stroma. La force
qui tire cette séquence vers l’intérieur est identifiée, au moins chez les mitochondries, au puissant
champ électrique qui existe de part et d’autre de la
membrane interne ; la suppression de ce dernier,
par différentes méthodes qui détruisent le gradient
de protons (voir chapitre 10), inhibe la pénétration.
On calcule que le champ électrique associé à ce
gradient est supérieur à 200 000 volts.cm
–1
, et on a
en fait une véritable électrophorèse de la séquencesignal, chargée positivement, vers l’intérieur de
l’organite, lui-même chargé négativement. La
chaîne polypeptidique est progressivement enfilée
à travers le tunnel et elle prend, petit à petit, sa
configuration tertiaire définitive grâce à l’aide de
protéines-chaperons spécifiques des mitochondries et des plastes (voir plus loin). À la différence
des mitochondries, la pénétration de la séquencesignal des protéines destinées au stroma des chloroplastes ne peut pas faire intervenir de champ
électrique, car il est inexistant à ce niveau ;
d’autres mécanismes doivent donc exister.
Au sein des organites, des protéases particulières
( signal-peptidases) clivent la séquence-signal
désormais inutile, et raccourcissent ainsi la chaîne
polypeptidique. On comprend ainsi pourquoi ces
protéines, une fois importées, sont devenues
inaptes à une importation ultérieure dans des systèmes in vitro. Les protéines adressées par ce mécanisme ont plusieurs destinations possibles : 1) elles
peuvent rester dans la matrice mitochondriale (cas
de l’alcool déshydrogénase mitochondriale de
levure, par exemple) ou dans le stroma des chloroplastes (cas de la petite sous-unité de l’enzyme
RUBISCO ou de la ferrédoxine ; voir chapitre 10),
2) elles peuvent s’intégrer dans la membrane mitochondriale interne ou bien dans les membranes
plastidiales internes et thylakoïdiennes, si elles
possèdent des caractéristiques d’hydrophobicité
adéquates, 3) elles peuvent enfin s’associer, en tant
qu’éléments constitutifs ou comme protéines extrinsèques internes, aux multiples complexes membranaires qui sont enchâssés dans les membranes, et
qui leur sont de fait directement accessibles.
9. S YNTHÈ SE ET ROUTAGE DES PROTÉINES CHEZ LES EUCARYOTES. BIOGENÈ SE DES ORGANITES 281
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.