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COMPARTIMENTS DE LA CELLULE ET TRI DES PROTÉINES.

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1 COMPARTIMENTS DE LA CELLULE ET TRI DES PROTÉINES

2 IV - Peroxysomes

3 PEROXYSOMES

4 4 Peroxysomes Une seule membrane Pas d'ADN, pas de génome, pas de ribosomes Importation des protéines à partir du cytosol Toutes les protéines doivent être importées (comme le RE) Présents chez tous les eucaryotes Contiennent des enzymes oxydatifs : catalase, urate oxydase … Définition biochimique (1960) –une oxydase qui produit H 2 O 2 –une catalase pour décomposer H 2 O 2 Utilisent de l'oxygène (vestige dun ancien organite qui métabolise loxygène) Rendus obsolètes par la mitochondrie Libèrent peu (pas) d'énergie

5 5 A – Morphologie

6 6 Morphologie des peroxysomes Sphérique 0,1 à 1 de diamètre Contenu granulaire, parfois paracristallin Grand polymorphisme –taille, nombre, composition –en fonction de l'environnement

7 7 Fahimia,HD19 99 Application des techniques cytochimiques pour la localisation des activités enzymatiques des peroxysomes PO=peroxysome a - Catalase b - Catalase cd - Urate oxydase e - Urate oxydase f - D-amino acid oxydase gh- Peroxysomes avec plaques marginales

8 8 Fahimia,HD1999 Application of immunoelectron microscopy for detection of peroxisomal protein antigens

9 9 Fahimia,HD1999 Sections from the livers of PEX 5-/-and control mice Control mice PEX 5-/- La catalase est en dehors des PO

10 10 Fahimia,HD199 9 (a,b) Confocal micrographs of HepG2 cells labeled with antibodies to catalase (rhodamine), and tubulin (fluorescein) a Spherical form of peroxisomes b Tubular form of peroxisomes (c–h) In situ hybridization of rat liver sections with digoxigenin-labeled cRNA probes c-f Albumine mRNA d-g Catalase e-h Acyl Co-A oxydase

11 11 Flexibilité et dynamisme des peroxysomes levures sur un milieu riche en sucre petits peroxysomes levures sur un milieu riche en méthanol gros peroxysomes (pour oxyder le méthanol) levures sur des acides gras gros peroxysomes pour -oxyder les acides gras

12 12 Fig Trois peroxysomes dhépatocyte de rat en ME

13 13 Titorenko,VI2001(fig1).gif Aspects des peroxysomes dans différents organismes

14 14 Peroxysomes RH R + H 2 O 2 2 H 2 O R'H 2 = phénol, acide formique, formaldéhyde, alcool, … Foie, Rein, … rôle de détoxification catalase R'H 2 R'

15 15 Alcool CH 3 -CH 2 OH CH 3 -CHO oxydation des acides gras O2O2 H2O2H2O2 2 H 2 O Catalase R'H2 R'

16 16 Formation des plasmalogènes Classe de phospholipides la plus abondante dans la myéline Rôle des peroxysomes dans les premières étapes de la synthèse Fréquence des atteintes neurologiques dans les maladies des peroxysomes

17 17 Chez les plantes Type feuille –Photorespiration : consommation doxygène pour fixer CO 2 dans les hydrates de carbone Type graine –conversion des acides gras contenus dans les graines en sucre –acide gras sucre = cycle du glyoxylate –ces peroxysomes sappellent glyoxysomes

18 18 Fig Cellule de feuille de tabac Cellule de graine de tomate

19 19 C - Biogenèse Importation des protéines de la lumière Importation des protéines de la membrane

20 20 Schéma du routage

21 21 Schéma du routage vers peroxysomes CYTOSOL NOYAUPLASTIDE MITOCHONDRIEPEROXYSOME

22 22 Signal dimport dans le peroxysome 3 acides aminés à l extrémité -C de la protéine parfois signal -N terminal processus mal connu au moins 23 protéines distinctes (appelées peroxines) nécessité dATP pas de nécessité de déplier la protéine processus différent de celui de la mitochondrie Pex5 (peroxine 5) suit limport tout au long de son trajet

23 23 Peroxines 1.Récepteurs protéiques solubles cytosoliques 2.Protéines ancrées dans la membrane du peroxysome du côté cytosolique Au moins 23 types de protéines connus

24 24 Peroxines Protéines nécessaires à la biogenèse des peroxysomes –assemblage de la membrane –import des protéines de la lumière –prolifération des peroxysomes –héritage des peroxysomes Codées par des gènes PEX

25 25 Gènes PEX Limportance des peroxysomes est soulignée par lexistence de nombreuses maladies génétiques associées à des déficits peroxysomaux quon peut classer en deux catégories : 1.Maladies résultant dun déficit dune seule enzyme peroxysomale 2.Maladies résultant dun déficit dans la biogenèse du peroxysome

26 Maladies résultant dun déficit dune seule enzyme peroxysomale Ces maladies résultent du déficit dune seule enzyme du peroxysome et naffectent donc en général quune seule voie métabolique peroxysomale –Lhyperoxalurie de type I (alanine:glyoxylate aminotransferase) –La maladie de Refsum (phytanoyl-CoA hydroxylase) –Ladrénoleucodystrophie liée à lX –La chondrodysplasie rhizomélique ponctuée type II et III (dihydroxyacetone phosphate acyltransferase) –Les déficits de la β-oxidation (acyl-CoA oxidase, bifunctional protein, and thiolase)

27 Maladies résultant dun déficit dans la biogenèse du peroxysome Ce sont les Peroxisome Biogenesis Disorders (PBDs) Ces maladies (léthales) affectent toutes les voies métaboliques du peroxysome et peuvent résulter de nimporte quelle mutation dans un au moins 13 gènes PEX connus. Le produit de ces gènes sappelle les peroxines et tous participent à la biogenèse du peroxysome. –Le syndrome de Zellweger –Ladrenoleucodystrophie néonatale –La maladie de Refsum infantile –La chondrodysplasie rhizomélique ponctuée type I.

28 28 Les peroxines ist/Biogenesis/peroxins/membran ebio.html

29 29 Syndrome de Zellweger Défaut héréditaire de limport de protéines dans le peroxysome Peroxysome vides Anomalies du cerveau, foie, rein Mort précoce Dans certaines formes, mutation dans le gène de peroxine 2 (protéine membranaire intégrale de la membrane du peroxysome)

30 30 Syndrome de Zellweger An autosomal recessive disorder due to defects in PEROXISOME biogenesis which involves more than 13 genes encoding peroxin proteins of the peroxisomal membrane and matrix. Zellweger syndrome is typically seen in the neonatal period with features such as –dysmorphic skull –MUSCLE HYPOTONIA –SENSORINEURAL HEARING LOSS –visual compromise –SEIZURES –progressive degeneration of the KIDNEYS and the LIVER. Zellweger-like syndrome refers to phenotypes resembling the neonatal Zellweger syndrome but seen in children or adults with apparently intact peroxisome biogenesis.

31 31 /peroxins/membranebio.html Peroxysome Membrane Protein

32 32 Import des protéines peroxysomales Le ciblage est toujours post traductionnel Ciblage des protéines membranaires (membrane Peroxysomal Targeting Signal [mPTS]) : –directement à partir du cytosol (mPTS1) ou –indirectement via le RE (mPTS2) La machine d'importation pour la membrane est différente de celle pour la matrice Les protéines de la matrice ont besoin de mPTS 1 et mPTS 2 L'import dans la membrane et la matrice est médiée par leur récepteur qui agit avec le PTS de leur cargo

33 33 Biogenèse Croissance de peroxysomes préexistants puis fission Comme mitochondries ou RE

34 34 Fig 12-34

35 35 Holroyd,C2001 (fig1) Réponse aux « ? » à la diapositive suivante…

36 36 Curr Biol Sep 20;15(18):R774-6.

37 37 Organelle biogenesis: Where did I come from? Rachel Smallridge Nature Reviews Molecular Cell Biology 6, (01 Sep 2005) How do peroxisomes form in eukaryotic cells? A definitive answer to this question has been elusive, with some believing that, similar to the Golgi, peroxisomes are derived from the endoplasmic reticulum (ER) and others believing that, similar to mitochondria, they are autonomous entities. However, Tabak and colleagues now resolve this issue in Cell by showing that peroxisomes come from the ER. The authors worked in Saccharomyces cerevisiae and created a system that allowed the real-time imaging of peroxisome biogenesis. They focused on peroxin-3 (Pex3), an integral membrane protein that is essential for the biogenesis of these organelles. They made a yeast strain that could be induced to express endogenous levels of fluorescently labelled Pex3 (Pex3– YFP) by putting the gene encoding this construct under the control of a galactose-inducible promoter and exposing cells to galactose for a limited time. In the absence of galactose, Pex3 and peroxisomes were absent from these cells.

38 38 Holroyd,C2001 (fig2)

39 39 Fujiki,Y2000(Fig1) Biogenèse des peroxysomes chez les mammifères Les 4 groupes de peroxine

40 40 Randy Schekman Peroxisomes: Another Branch of the Secretory Pathway? Cell, Vol. 122, 1–7, July 15, 2005 Figure 1. Where Do New Peroxisomes Come from? Peroxisomes may form by the budding of vesicles (pale orange) from the ER in a pathway that is distinct from that producing secretory transport vesicles (green) from the ER. In the secretory pathway, vesicles carry membrane and cargo proteins to the Golgi apparatus; other vesicles retrieve some of the membrane material from the Golgi and return it to the ER. Pex3, an integral protein required for peroxisome formation, appears to originate in the ER and be packaged into vesicles (pale orange) by a budding or blebbing process that requires the Pex19 protein. Small precursor vesicles may fuse under the direction of two AAA ATPase proteins, Pex1 and Pex6, to form the functional large peroxisome (dark orange). Peroxisomes: Another Branch of the Secretory Pathway ? Cell, Vol. 122, 1–7, July 15, 2005

41 41 Titorenko,VI2001 (fig2) Nat Rev Mol Cell Biol 2,(5), 357 Import des protéines membranaires

42 42 Import des protéines luminales Titorenko,VI2001 (fig3) Nat Rev Mol Cell Biol 2,(5), 357

43 43 Titorenko,VI2001(fig4) Nat Rev Mol Cell Biol 2,(5), 357 Deux modèles de l'assemblage dynamique des peroxysomes

44 44 Titorenko,VI2001(fig5) Nat Rev Mol Cell Biol 2,(5), 357 Deux modèles pour la formation des précurseurs des peroxysomes

45 45 Tabak,HF1999 (fig3) TiCB Importation des protéines dans la matrice (Peroxisomal Targeting Sequence)

46 46 Titorenko,VI1 998(fig1).gif Essential role of The endoplasmic reticulum in peroxisome biogenesis

47 47 Titorenko,VI1998 (fig2).gif Essential role of The endoplasmic reticulum in peroxisome biogenesis

48 48 Titorenko VI, Mullen RT. Peroxisome biogenesis: the peroxisomal endomembrane system and the role of the ER. J Cell Biol Jul 3;174(1):11-7. Figure 1. Generalized models for the flow of membrane-enclosed carriers through the peroxisomal endomembrane system in yeast, mammals, and plants. PPT, preperoxisomal template; PPV, preperoxisomal vesicle; SV, secretory vesicle; TBSV p33, TSBV 33-kD replicase protein. PPT, preperoxisomal template PPV, preperoxisomal vesicle SV, secretory vesicle TBSV p33, TSBV 33-kD replicase protein Generalized models for the flow of membrane- enclosed carriers through the peroxisomal endomembrane system in yeast, mammals, and plants


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