2. CONSTITUTION CHIMIQUE
ET ORGANISATION
MOLÉCULAIRE DES ÉLÉMENTS
DU CYTOSQUELETTE
2.1. Tubuline et microtubules
Le constituant majoritaire des microtubules est
une protéine globulaire nommée tubuline. Celle-ci
est purifiée à partir de cellules ou de structures
riches en microtubules, telles que le cerveau des
Vertébrés supérieurs (où elle représente 10 à 20 %
des protéines totales), ou les fuseaux mitotiques
des cellules embryonnaires en division rapide. On
l’extrait aussi à partir des cils (Protistes Ciliés :
Paramecium, ou cellules ciliées de certains
Mollusques : branchies des Moules) ou bien à partir des flagelles de spermatozoïdes de divers
Animaux (Oursins) ou d’Algues unicellulaires
( Chlamydomonas). En effet, certains traitements chimiques ou des traitements mécaniques un peu violents entraînent leur cassure et leur détachement
des corps cellulaires. Par centrifugation à faible
vitesse, il est possible d’éliminer ces derniers sous
forme d’un culot et d’obtenir dans le surnageant
une fraction pure de cils ou de flagelles, centrifugeables à leur tour.
2.1.1. M ONOMÈRES ET DIMÈRES αβ
L’extraction des protéines de microtubules et
leur analyse par ultracentrifugation ou électrophorèse dénaturante montrent l’existence d’un composant majoritaire ayant une masse moléculaire
voisine de 50 kDa. En fait, ce composant se résout
en deux polypeptides de taille très voisine, présents en quantité équimoléculaire, parfois difficilement séparables, et nommés tubulines α et β . Ces
deux polypeptides existent toujours à l’état natif
sous la forme de dimères αβ, qui constituent les
unités globulaires des protofilaments. Les deux
sous-unités sont liées par des liaisons faibles
(structure de type quaternaire), et on parle donc
d’hétérodimères GH (100 kDa).
Les tubulines possèdent la caractéristique
remarquable d’être extrêmement conservées au
plan évolutif : quelle que soit l’origine des microtubules, Protistes, Invertébrés, Vertébrés, Végétaux
inférieurs ou supérieurs, les séquences d’acides
aminés des deux types de polypeptides sont en
effet très proches, ne différant que par quelques
unités sur les 450 environ qui les constituent. Cette
universalité des séquences ne fait, somme toute,
que refléter la constance de la structure des microtubules chez tous les Eucaryotes.
2.1.2. A UTOASSEMBLAGE EN PROTOFILAMENTS
ET POLYMÉRISATION DES MICROTUBULES
La propriété majeure de la tubuline purifiée en
solution est sa possibilité de s’associer spontanément en édifices d’ordre supérieur de grande taille,
conduisant à former des microtubules ; on parle
d’autoassemblage (voir chapitre 1). Le premier
niveau d’assemblage est le protofilament, qui
résulte de l’alignement régulier des dimères αβ
s’accrochant les uns aux autres par une extrémité
complémentaire, toujours au moyen de liaisons
faibles (voir figure 11.7). Plusieurs courts protofilaments de ce type peuvent se placer côte à côte et
constituer un microtubule incomplet et à paroi
aplatie ; lorsque treize protofilaments se sont ainsi
associés, le tube se ferme et on obtient un fragment
334 B IOLOGIE CELLULAIRE
Figure 11.7
Organisation moléculaire des microtubules
Un protofilament est une structure polarisée car une de
ses extrémités est constituée par une sous-unité α et
l’autre par une sous-unité β . Les protofilaments se disposent parallèlement les uns aux autres, avec la même
orientation, pour former les microtubules ; il s’en suit
que ces derniers sont eux aussi polarisés. Les protofilaments voisins sont légèrement décalés les uns par rapport aux autres.
tubuline β
tubuline α
dimères
protofilament
microtubule
ET ORGANISATION
MOLÉCULAIRE DES ÉLÉMENTS
DU CYTOSQUELETTE
2.1. Tubuline et microtubules
Le constituant majoritaire des microtubules est
une protéine globulaire nommée tubuline. Celle-ci
est purifiée à partir de cellules ou de structures
riches en microtubules, telles que le cerveau des
Vertébrés supérieurs (où elle représente 10 à 20 %
des protéines totales), ou les fuseaux mitotiques
des cellules embryonnaires en division rapide. On
l’extrait aussi à partir des cils (Protistes Ciliés :
Paramecium, ou cellules ciliées de certains
Mollusques : branchies des Moules) ou bien à partir des flagelles de spermatozoïdes de divers
Animaux (Oursins) ou d’Algues unicellulaires
( Chlamydomonas). En effet, certains traitements chimiques ou des traitements mécaniques un peu violents entraînent leur cassure et leur détachement
des corps cellulaires. Par centrifugation à faible
vitesse, il est possible d’éliminer ces derniers sous
forme d’un culot et d’obtenir dans le surnageant
une fraction pure de cils ou de flagelles, centrifugeables à leur tour.
2.1.1. M ONOMÈRES ET DIMÈRES αβ
L’extraction des protéines de microtubules et
leur analyse par ultracentrifugation ou électrophorèse dénaturante montrent l’existence d’un composant majoritaire ayant une masse moléculaire
voisine de 50 kDa. En fait, ce composant se résout
en deux polypeptides de taille très voisine, présents en quantité équimoléculaire, parfois difficilement séparables, et nommés tubulines α et β . Ces
deux polypeptides existent toujours à l’état natif
sous la forme de dimères αβ, qui constituent les
unités globulaires des protofilaments. Les deux
sous-unités sont liées par des liaisons faibles
(structure de type quaternaire), et on parle donc
d’hétérodimères GH (100 kDa).
Les tubulines possèdent la caractéristique
remarquable d’être extrêmement conservées au
plan évolutif : quelle que soit l’origine des microtubules, Protistes, Invertébrés, Vertébrés, Végétaux
inférieurs ou supérieurs, les séquences d’acides
aminés des deux types de polypeptides sont en
effet très proches, ne différant que par quelques
unités sur les 450 environ qui les constituent. Cette
universalité des séquences ne fait, somme toute,
que refléter la constance de la structure des microtubules chez tous les Eucaryotes.
2.1.2. A UTOASSEMBLAGE EN PROTOFILAMENTS
ET POLYMÉRISATION DES MICROTUBULES
La propriété majeure de la tubuline purifiée en
solution est sa possibilité de s’associer spontanément en édifices d’ordre supérieur de grande taille,
conduisant à former des microtubules ; on parle
d’autoassemblage (voir chapitre 1). Le premier
niveau d’assemblage est le protofilament, qui
résulte de l’alignement régulier des dimères αβ
s’accrochant les uns aux autres par une extrémité
complémentaire, toujours au moyen de liaisons
faibles (voir figure 11.7). Plusieurs courts protofilaments de ce type peuvent se placer côte à côte et
constituer un microtubule incomplet et à paroi
aplatie ; lorsque treize protofilaments se sont ainsi
associés, le tube se ferme et on obtient un fragment
334 B IOLOGIE CELLULAIRE
Figure 11.7
Organisation moléculaire des microtubules
Un protofilament est une structure polarisée car une de
ses extrémités est constituée par une sous-unité α et
l’autre par une sous-unité β . Les protofilaments se disposent parallèlement les uns aux autres, avec la même
orientation, pour former les microtubules ; il s’en suit
que ces derniers sont eux aussi polarisés. Les protofilaments voisins sont légèrement décalés les uns par rapport aux autres.
tubuline β
tubuline α
dimères
protofilament
microtubule