الدولة : الجنس : تاريخ التسجيل : 15/03/2011عدد المساهمات : 10473المهنة :
موضوع: biologie cellulaire الجمعة سبتمبر 16, 2011 4:34 pm
<La membrane plasmique
La membrane plasmique constituent l'interface entre la cellule et son milieu. Elle assure donc à la fois un rôle de barrière en empêchant les molécules cellulaires de partir et les molécules extérieures d'entrer librement, et un rôle de barrière en sélectionnant les éléments qui peuvent entrer ou sortir. Toutefois, ses fonctionnalités ne s'arrêtent pas là. C'est le prer élément rencontré par les molécules porteuses d'information, comme les hormones, les neurotransmetteurs ou diverses espèces chimiques importantes pour la cellule. C'est principalement la membrane qui permet à la cellule de connaitre son environnement et d'agir sur lui. La membrane est donc un organite fondamental aux fonctions multiples que nous allons maintenant détailler.
<">Structure des membranes biologiques
La membrane est constituée de trois des principaux éléments de base du vivant, des lipides, des protéines et des glucides. Ces trois éléments coopèrent pour former un film fluide mais néanmoins étanche qui isole la cellule du milieu extérieur et lui permet d'intéragir.
Les lipides membranaires
Ils constituent le coeur de la membrane et sont responsable de son étanchéité à l'eau et par conséquent des molécules solubles dans l'eau, ce qui constitue la majorité des molécules biologiques. Les lipides impliqués sont des phospholipides et, chez les eucaryotes, du cholestérol. En solution dans l'eau, les phospholipides se disposent en un film bimoléculaire de quelques nanomètres d'épaisseur, le coté apolaire est enfouis au coeur de la membrane alors que le coté polaire est en contact avec l'eau. Cette structure est appelée bicouche lipidique, chaque couche de lipide constituant une demi membrane. La membrane n'est donc pas, comme on pourrait le penser une structure solide mais un liquide emprisonnée entre deux autres milieux liquides dans lesquels il est insoluble. Elle est donc fluide, les molécules hydrophobes peuvent s'y dissoudre et s'y mouvoir librement, elles ne peuvent toutefois pas passer d'une demi membrane a une autre. Al'inverse, la bicouche bloque totalement les molécules polaire.
La fluidité de la membrane est un parametre important pour son fonctionnement correct. Comme pour tous les liquides, elle dépend fortement de la température, augmentant et diminuant dans le même sens que celle-ci. La cellule doit donc ajuster incessament cette fluidité de façon a compenser les variation de températures. Elle y arrive modulant la composition en lipide de la membrane:
Les lipides à longue chaine diminuent la fluidité de la membrane.
L'insaturation des chaines lipidique augmentent la fluidité de la membrane.
Pour compenser une augmentation de température la cellule augmentera la longueur des chaines en diminuant leur insaturation. Pour compenser une diminution de température la cellule diminuera la longueur des chaines en augmentant leur insaturation. La resynthèse des lipides membraine est longue et cette adaptation ne joue que si les variation de température sont lentes. Les eucaryotes disposent d'un autre moyen de réguler la fluidité : le cholestérol. Ce lipide a en effet la propriété de réguler la fluidité de la membrane, de la maintenir stable dans une plage étendue de température. Il joue en quelque sorte le rôle d'un tampon de fluidité. Sa présence permet une adaptation aux variations relativement rapides de température. Le cholestérol se trouve principalement dans la demi-membrane extracellulaire. Les procaryotes, à quelques rares exceptions près, n'ont pas de cholestérol.
Conformement à leurs habitudes d'étrangeté, les archéobactéries possèdent des lipides que l'on ne retrouve nulle part ailleurs dans le monde vivant. Leurs acides gras sont reliés au glycérol par des liaisons ether au lieu de liaisons ester et certains d'entre eux, possédant deux extrémités polaires et un centre apolaire, traversent la membrane dans toute son épaisseur. Ils sont responsables de la résistance de ces cellules aux températures et pH extrèmes auxquels on les trouve. Les protéines
Une membrane uniquement lipidique n'a aucun usage. D'une part, une telle structure est instable : les membranes peuvent fusionner, se séparer, former des embranchements. D'autre part rien ne peux la traverser (à l'exception des gaz), ni les molécules polaires qui ne sont pas solubles dans les lipides, ni les molécules apolaires qui ne peuvent pas l'atteindre car elles ne peuvent pas traverser seules le milieu aqueux qui les entoure. Or si ces propriétés sont exploitées dans la cellule, celle ci a malgré tout besoin d'une membrane stable ainsi que d'échanger des molécules avec le milieu extérieur. Ce sont les protéines qui assurent cette fonction. Les protéines peuvent être disposées de diverses façon par rapport à la membrane : au contact de celle-ci, enchassées dans une demi membrane ou traversant la membrane de part en part. Part ailleurs, une protéine peut être consituée de plusieurs sous-unité qui sont agencées différement avec la membrane. Les protéines participent à la polarisation membranaire, une protéine situé sur la face externe de la cellule le restera toujours, de même qu'une protéine intracellulaire. Pour les protéines qui traversent la membrane (les protéines intramembranaires), les parties extracellulaires et intracellulaires seront toujours les mêmes d'un exemplaire à l'autre de la molécule. Il y a bien sûr des exceptions, certaines fonctions biologiques nécessitent des mouvements de protéines au sein de la membrane, mais il s'agit alors d'une particularité spécifique de la protéine, pas d'un aspect fondamental de la membrane. Les protéines sont responsables de la quasi-totalités des spécificités de la membrane. Les molécules polaires ne peuvent pas traverser la membrane, ce sont les protéines qui vont s'en charger. A l'inverse, si une molécule polaire ne dispose pas d'une protéine capable de lui faire traverser la membrane, elle ne pourra pas la traverser. En choisissant ses protéines, la cellule va pouvoir choisir quelles molécules vont pouvoir entrer ou sortir. Le rôle des protéine est toutefois plus large : elles vont transmettre à l'intérieur de la cellules des informations sur le milieur extérieur, elles vont participer à maintenir la forme et la stabilité de la membrane, elles vont servir de point d'ancrage à des structures extracellulaire ou intracellulaire et elles sont à l'origine de la dynamique membranaire.
Les glucides
Les protéines assuraient déjà une polarisation de la membrane, mais ce rôle est principalement dévolu aux glucides. Ils vont en effets former à la surface de la membrane des structures complexes et variées, mais toujours extracellulaires. Les glucides sont accrochés à la membrane par deux moyens : ils sont fixés à la surface des protéines intramembranaires (les glycoprotéines) ou aux lipides membraines (les glycolipides).
Ces glucides ont plusieurs rôles :
Reconnaissance : les motifs glucidiques sont très antigéniques (par exemple les groupes sanguins).
Participation à l'environnement local, les glucides sont des molécules très polaires.
Renforcement de la membrane.
Chez les animaux, les glucides forment un feutrage souple appelé glycocalyx. Chez la plupart des autres cellules vivantes, les glucides forment une paroi résistante et indéformable autour de la cellule : cellulose chez les végétaux, muréine chez les bactéries, qui assure la solidité de la membrane. Cette paroi ne fait pas à proprement parler de la membrane mais elle s'y accroche par les glucides extracellulaires.
Les membranes sont des structures fluides, interface entre le milieu extracellulaire et intracellulaire que la cellule peut ajuster de façon très spécifique pour répondre à ses besoins. Elle joue à la fois un rôle de communication avec l'extérieur et un rôle de tri des molécules d'intérêt pour la cellule. Ces propriétés font de la membrane l'un des organites les plus important de la cellule, le seul dont aucune cellule ne peut se passer, même temporairement. C'est aussi le seul que l'on soit arrivé à reproduire partiellement en laboratoire Les échanges avec l'extérieur
Une cellule n'est pas un milieu totalement isolé. Elle doit prendre sa nourriture dans le milieu extérieur et y rejeter ses dechets. Elle doit aussi le maintient des concentrations ioniques de son milieu interne en puisant ou rejetant des ions dans son environnement. La cellule y parvient en utilisant des protéines spéciales canaux et pompes et en exploitant diverses énergies, métabolique, potentiel electrochimique, etc... Les canaux et les transporteurs
La membrane cellulaire, si elle était constituée uniquement de lipide serait totalement étanche. Les molécules hydrophiles ne peuvent pas se dissoudre pour traverser la membrane. Les molécules hydrophobes ne peuvent pas traverser la couche polaire qui recouvre la membrane. Pour resoudre ce problème, la cellule contient des protéines enchassées qui permettent aux molécules de la traversée. Ces protéines ont deux propriétés principales, elles sont selectives et elles sont contrôlées. Il existe deux grandes catégories de protéines assurant la traversée de la membrane : des canaux et des pompes.
Les canaux
Les canaux constituent la famille de molécule de transport transmembranaire la plus représentée dans la cellule. Le principe est simple, quand le canal est fermé, il est totalement étanche, quand il est ouvert, sa molécule spécifique le traverse selon son gradient électrochimique. Si ce gradient s'annule, le mouvement transmembranaire s'arrete, s'il s'inverse le mouvement s'inverse également. Les canaux ne peuvent en aucun effectuer des transports contre le gradient electrochimique et sont donc responsable de la diffusion facilité. Le canal est hautement sélectif, ce qui veux dire qu'il va être traversé par une famille de molécule voire une seule molécule. Le canal le moins selectif, comme le canal nicotinique responsable de l'activité musculaire, laisse passer tous les ions positifs monovalent. A l'autre bout de la chaine, certains canaux, les plus nombreux, laissent passer un seul ion : calcium, sodium, chlore, etc... Aussi varié sont les modes d'ouverture de ces canaux. Certains sont ouverts en permanence. De part le courant ionique qu'ils créent, il participent à la polarisation de la membrane, donc de la composante électrique du gradient electrochimique de tous les ions. D'autre s'ouvrent sous l'action d'un molécule ou d'un ion. D'autre enfin s'ouvrent sous une action mécanique, une variation de potentiel, une variation de température. La durée d'ouverture aussi varie. Les canaux peuvent rester ouvert tant que le stimulus est présent, d'autre se referment après quelques millisecondes et sont parfois suivit d'une période refractaire ou même une nouvelle stimulation n'ouvrira pas le canal. Les canaux sont impliqué dans de nombreux phénomène cellulaire. Ils ne sont en général pas responsable de la régulation de la composition cellulaire, mais participent au phénomène d'excitabilité cellulaire. Les dépolarisation et mouvement ioniques qu'ils provoquent assurent des phénomènes tels que la conduction nerveuse, la contraction cellulaire, la sensibilté de certains recepteurs sensoriels, mais aussi la sensibilités aux hormones et aux neurotransmetteurs. Cette variété de rôle est permise grace à un nombre élevés de canaux, il n'existe en effet pas un seul canal calcique dans l'organisme, mais plus d'une dizaine se différenciant par leur mode d'ouverture, leur durée d'ouverture et leur régulation, et c'est le cas de tous les canaux. Canaux et pathologie
Les canaux transmembranaires sont impliquées dans de nombreuses pathologie. La plus connue d'entre elle est la mucoviscidose. Cette maladie génétique a pour symptome un encombrement des voies aériennes et digestives par un mucus épais et visqueux, il n'est pas suffisament hydraté. La cause de se défaut d'hydratation est un défaut dans le canal chlore CTRF (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator). Ce canal provoque normalement une sortie de chlore des cellules épithéliales de la trachée artère, cette sortie de chlore entrainant par pression osmotique une sortie d'eau. Il régule donc la viscosité du mucus. Ce canal s'ouvre sous l'action de l'ATP . L'ATP se fixe dans une zone nommée Nucleotid Binding Domain (NBD = domaine de fixation des nucléotides). L'ATP est ensuite hydrolysé et le canal se referme. Cette fermeture est suivie d'une période d'inactivation pendant laquelle le canal ne peut plus être ouvert. Chez les patients atteind de mucoviscidose, une phénylalanine (un acide aminé) en position 508 de la protéine est manquant. Cette zone est en plein milieu du NBD. Cela suffit à perturber son fonctionnement. L'efflux des ions chlore par un canal pendant son ouverture n'est pas modifié, ni son temps d'ouverture, mais sa periode refractaire est augmentée. L'efflux global de chlore est donc fortement diminué. De plus, le canal fonctionnant mal, la cellule l'elimine de la membrane, ce qui agrave le phénomène.
Les transporteurs ou pompes.
Les transporteurs se différencient des canaux par le fait que ce n'est plus le gradient électrochimique des molécules qui assure le mouvement ionique mais le couplage du transport à une réaction enzymatique exergonique, comme l'hydrolyse de l'ATP. Le mouvement de la molécule devient donc unidirectionnel et même se produire contre le gradient electrochimique. Le transporteur le plus connu est la pompe Na/K qui expulse trois ions sodium et fait entrer deux ions potassium pour chaque molécule d'ATP hydrolysée. Ce transporteur est très important dans la cellule car il assure la création et le maintient du gradient électrochimique membranaire et est indirectement à l'origine de la plupart des mouvements transmembranaire. Si cette pompe s'arrete, le gradient electrochimique disparait et les mouvements ioniques s'arrêtent de part et d'autre de la membrane plasmique. D'autres transporteurs très important dans la cellule sont ceux qui expulsent le calcium du cytoplasme et maintiennent une concentration très basse de l'ordre de la nanomolaire. Cette concentration très basse sera exploitée par la cellule, le calcium est utilisé par de nombreux recepteurs comme signal pour prevenir la cellule de la presence de sa molécule activatrice (hormone en général) sur son site actif. Une curiosité est le l'ATPase à proton . Cette molécule présente dans la membrane interne des mitochondries, la membrane des thylacoides et la membrane plasmique des bactéries aérobies. C'est un transporteur qui pour chaque molécule d'ATP hydrolysée peut expulser deux ions hydrogène à travers la membrane. Toutefois, le gradient electrochimique de l'hydrogène est tel que ce canal va fonctionner à l'envers, les ions hydrogène vont transiter en sens inverse par rapport au sens habituel et l'ATPase va synthétiser de l'ATP au lieu de l'hydrolyser. C'est cette pompe qui est responsable de la production d'ATP resultant de la respiration cellulaire.
Les transports couplés.
Ce type de transport est un mélange des deux précédents. Il s'agit d'un transport mais dont l'energie est fournie par un autre ion qui se déplace selon son gradient électrochimique. Selon le sens de déplacement respectif des deux molécules on parle de symport (l'ion et la molécule transportée traversent la membrane dans le même sens) ou d'antiport (les deux espèces chimiques se déplacent en sens inverse. Ces transports couplés sont très utilisée par la cellule pour recuperer les molécules nécessaires à son métabolisme dans le milieu exterieur. Bien que ne consommant pas d'ATP, ce type de transport utilise de l'énergie, celle du gradient electrochimique d'un ion. Ce gradient est crée via l'action d'un transporteur hydrolysant l'ATP ou toute autre molécule énergetique, en général la pompe Na/K
Transmission intracellulaire de l'information
Notion de récepteur et de second messager
Une cellule en plus de faire transister des molécules à travers sa membranes doit savoir ce qui se passe à l'extérieur. La membrane constitue le seul élément en contact avec l'extérieur. Celle-ci est dotée de molécules spécialisées dans la detection des evènements externes et la transmission de l'information à l'intérieur de la cellule en vue d'une réaction spécifique. Certains phénomène detectés sont capables de traverser la membrane comme la lumière ou les hormones stéroïdes, ils ne feront pas l'objet de ce chapitre. Les récepteurs
Le terme récepteur en biologie désigne une molécule capable de fixer une autre molécule et d'emettre un signal quand la molécule spécifique (ou ligand) se fixe sur le site de reconnaissance. Les ligands peuvent être des ions, des métabolites , des hormones, des neurotransmetteurs ou des facteurs de croissance, des anticorps voire des molécules bactériennes ou virales. En fait tout ce qu'il est nécessaire à la cellule de détecter dispose d'un récepteur qui lui est propre ou tout au moins à la famille moléculaire à laquelle appartient le ligand. Pour un ligand donné, il peut de plus y avoir plusieurs récepteurs qui différent par leur sensibilité, leur régulation ou leur expression spatiale (variation des cellules qui possèdent ce récepteur) ou temporelle (variation du récepteur dans le temps). Il existe donc un très grand nombre de récepteur et leur étude est un des domaine de recherche les plus actif en biologie moléculaire. [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] Une même molécule peut avoir des effets divers dans un organisme. A chaque action correspond en général un type différent de récepteur. Cela explique l'interêt des récepteurs pour la médecine (en particulier psychiatrique). La decouverte d'une molécule qui agit sur un seul type de récepteur permet d'obtenir un effet thérapeutique maximal tout en limitant les effets secondaires. Les molécules qui permettent d'etudier ces récepteurs appartiennent au groupe des toxines. Les toxines sont des molécules qui n'ont aucune homogéneité chimique. Elles sont définies par leurs propriétés : à la fois très spécifiques, agissant sur un seul type ou une seule famille de récepteur et également très sensibles, la concentration nécessaire pour produire leur effet est très basse. Les toxines sont à la base de la classification des récepteurs. Ainsi, les deux grande familles de récepteurs de l'acétylcholine ont été différenciées par leur sensibilités à deux toxines : la nicotine (extraite du tabac) et la muscarine (un alcaloide extrait de l'amanite). A l'intérieur de ces deux grands groupes, il existe différents sous types de récepteurs qui sont différenciés par d'autres toxines.
Les seconds messagers
Une hormone, un neurotransmetteur ou toute autre molécule reconnue par un récepteur, se fixe sur la seule partie accessible du récepteur, la partie extracellulaire. Pour que la cellule puisse prendre connaissance de cette fixation, le signal doit être transmis à l'intérieur de la cellule. L'activation du récepteur va declencher une cascade de réaction métabolique qui va avoir pour résultat de libérer une molécule précise dans le cytoplasme. Cette molécule va pouvoir transmettre l'information à tous les effecteurs cellulaires. Elle est nommée second messager car elle transmet l'information portée par le premier messager : le ligand du récepteur. Il existe plusieurs seconds messagers correspondant à différents types de récepteurs cellulaires. L'autre fonction du second messager est de provoquer une amplification du signal recu : chaque molécule du ligand va activer un seul exemplaire du récepteur qui va produire plusieurs molécules de second messagers. En fonction de l'enzyme activée par le récepteur pour produire le second messager, on va distinguer plusieurs catégories de récepteurs.
Les récepteurs à sept domaines transmembranaires
Premiers à être découverts, ils sont en conséquence mieux étudié. Leur nom viens de ce que leur structure spatiale est très homogène à travers toutes les espèce de la bacterie à l'homme, ils sont constitués d'une chaine protéique unique traversant la membrane plasmique à sept reprises. Pendant longtemps on a cru qu'ils étaient le seul type de récepteur cellulaire. Tous ont en commun le fait que l'enzyme produisant le second messager n'est pas portée par le récepteur lui même. Elle constitue une protéine indépendante, le couplage entre le récepteur et l'enzyme s'effectuant par une protéine particulière nommée Protéine G. On distingue deux grandes familles de récepteurs en fonction l'enzyme activée pour synthétiser le second messager : les récepteurs activant l'adénylate cyclase et les récepteurs activant la phospholipase C. Les récepteurs à adénylate cyclase
Ces récepteurs ont été decouverts par Sutherland dans les années 1950 et sont à l'origine de la notion de second messager. Sous l'action de l'adrénaline, la phosphorylase hépatique peut liberer hydrolyser le glycogène et produire du glucose. L'adrénaline se fixe sur la membrane et la phosphorylase est cytosolique. Par broyat et centrifugation, Sutherland sépare la membrane et le cytosol. L'adrénaline appliquée sur le cytosol n'a aucun effet, l'adrénaline n'agit pas directement sur l'enzyme. Sur les membranes isolées, il va faire agir l'adrénaline et il recupère le cytosol résultant de cette action. Ce cytosol ajouté au premier cytosol va declencher l'activation de la phosphorylase. Il en conclut que la fixation de l'adrénaline sur la membrane va provoquer la synthèse d'une molécule qui va diffuser dans le cytosol et activer la phosphorylase. Il nomme cette molécule un second messager. Des expériences ultérieures montreront que ce second messager est une molécule déja connue à l'époque, l'AMPc ou AMP cyclique. [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] L'AMPc est une molécule produire par l'adénylate cyclase à partir de l'ATP cytosolique. Il s'agit d'une molécule d'AMP, mais l'unique phosphate est relié à la fois aux carbone 3 et 5 du ribose. L'adénylate cyclase est une protéine membraire localisée dans la demi membrane interne de la membrane plasmique. Toutefois, elle n'est pas portée par le recepteur membranaire. Ainsi que l'a montré Rodbell dans les années 1960, trois molécules sont impliquées dans la synthèse de l'AMPc : le recepteur à l'adrénaline, l'adénylate cyclase et une système de couplage. Le principe de fonctionnement est celui decrit dans la figure ci contre. La fixation du ligand sur le récepteur active la proéine Adenylate Cyclase (AC) qui produit de l'AMPc. Cet AMPc va activer toute une famille de protéines, les protéines kinase A (PKA) qui sont directement responsable des effets cellulaires. Une autre protéine, la phosphodiestérase, va degrader l'AMPc en AMP, stoppant ainsi son effet. Dans cette description, le système de couplage est indeterminé. Rodbell montrera qu'il s'agit d'une qui protéine hydrolyse le GTP et l'appelera donc protéine G. La protéine G est un hétérotrimère (constituée de trois chaines protéiques différentes) dont les chaines sont nommées α, β et γ. Le site d'hydrolyse du GTP est porté par la chaine α. Le fonctionnement du système a pu être totalement élucidé. Au repos, le site enzymatique est occupé par du GDP. La fixation de l'adrénaline sur son support va provoquer un changement de conformation des protéines qui va provoquer l'expulsion du GDP et son remplacement par du GTP. Sous l'action du GTP, la sous unité α de la protéine G va être libérée du complexe et activer l'adénylate cyclase. L'AMPc synthétisé est libéré dans le cytosol ou il va activer ses différents effecteurs (dans le cas du foie, la phosphorylase). Au bout d'un temps variable, la protéine G hydrolyse le GTP en GDP et le complexe avec les chaines beta et gamma se reforme. L'activité de l'adénylate cyclase s'arrète, l'AMPc cytosolique est éliminé du cytoplasme par conversion en AMP et l'effet de l'adrénaline cesse totalement. Les récepteurs couplé à la phospholipase C
Ces recepteurs ont été découverts dans les années 50 par Hokin qui a constaté que l'acétylcholine stimulait le métabolisme des phosphatidyl-inositol. Sous l'action de son hormone, la phospholipase C va hydroliser les lipides membranaires et libérer du diacyl-glycérol (DAG) et de l'inositol triphosphate (IP3). Ces deux molécules vont faire office de seconds messagers :
le DAG va activer la protéine kinase C (PKC). Cette protéine migre de la membrane dans le cytoplasme (famille A, sensible au calcium) et parfois vers le noyau (famille B, insensible au calcium). Cette famille de protéine va phosphoryler diverses protéines cellulaires et ainsi les activer.
L'inositol phopshate va provoquer une entrée de calcium dans le cytoplasme en agissant sur deux reserve, le calcium extracellulaire ou le calcium stocké à l'intérieur de la cellule dans le reticulum endoplasmique lisse en ouvrant des canaux membranaires. Le calcium est dans cette voie, le véritable second messager. Il va activer diverses protéines, modulée par la concentration en calcium plasmatique (d'ou leur nom de calmoduline).
La voie du DAG et la voie de l'IP3 agissent de façon synergiques sur leurs cibles. Comme les récepteurs à adénylate cyclase, ceux couplés à la phospholipase C sont activés par le DAG. Mais il existe deux autres voies :
La phosphorylation par une tyrosine kinase.
Activation par le calcium.
Les recepteurs enzymes
Les récepteurs enzymes sont des récepteurs membranaires donc l'occupation du site actif se traduit par une activité enzymatique intracellulaire par le récepteur même. Ils sont très importants chez les animaux car ils interviennent dans de nombreux processus de régulation de la division cellulaire et dans l'immunité, ainsi que dans d'autres domaines. On distingue deux catégories de récepteurs enzymatiques : les récepteur tyrosine kinases et les guanylate cyclases. Les tyrosine kinases
Les tyrosine kinases constituent une famille d'enzymes très importante dans l'organisme eucaryote. Ces molécules ont en commun la propriété de phosphoryler un résidu tyrosine. Cette méthode est une méthode d'activation ou d'inactivation de certaines voies enzymatiques au sein de la cellule. La plupart de ces kinases sont des récepteurs membranaires. Structure et fonctionnement des récepteurs
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] Les récepteurs tyrosine kinases sont des molécules transmembranaires comportant un site récepteur sur la face extracellulaire et un site tyrosine kinase sur la face interne. Les deux parties sont reliées par un seul segment transmembranaire. Les récepteurs tyrosine kinase comportent aussi un site de phosphorylation. Leur site kinase est normalement inactif, pour être activé, leur résidu tyrosine doit d'abord être phosphorylé. Le schéma ci contre présente un récepteur tyrosine kinase type. Dans la réalité, ces récepteurs peuvent être beaucoup plus complexes, pouvant acceuillir differentes site de phosphorylation, plusieurs sites enzymatiques et la structure extramembranaire pouvant être très variée, comportant plusieurs sites de reconnaissante, voire un site de reconnaissance constitué de plusieurs protéines Le mécanisme d'activation de ces récepteurs est particulier, car le segments transmembranaire, ne peut pas transmettre d'information sur l'occupation du site de reconnaissance du ligand vers l'intérieur de la cellule. Le ligand va se fixer deux récepteurs qui vont être ainsi rapprochés et pouvoir se phosphoryler mutuellement. L'activité tyrosine kinase va alors pouvoir s'exercer sur leurs différentes molécules cibles. Une fois phosphorylé, le récepteur ne peut plus être dephosphorylé. Son activité enzymatique va donc se poursuivre indéfiniment. Pour stopper son action, la cellule va internaliser le récepteur. La protéine va ensuite être degradée dans un lysosyme ou dans certains cas renvoyée à la surface de la membrane après inactivation pour être reutilisée. Phénomènes cellulaires impliquant un récepteur tyrosine kinase
On rencontre ce type de récepteur dans les phénomènes de communication intercellulaires. Une catégorie d'hormones appelée facteurs de croissance utilise ce genre de récepteurs. Ils sont donc à un carrefour majeur dans le contrôle de la multiplication cellulaire chez les vertébrés. Cela explique de nombreux oncogènes se revèlent coder pour ces récepteurs et leur dysfonctionnement est à l'origine de nombreux cancers. Ils sont responsable aussi de l'effet cancérigène de certains virus. Ainsi l'un d'eux produit une protéine qui s'insère dans la membrane plasmique et possède une activité tyrosine kinase constitutive, générant sans cesse un signal de multiplication cellulaire. Un deuxième grand domaine d'action de ces cellules est l'immunité. Les anticorps ayant reconnus leur antigène activent un récepteur de ce genre sur leurs cellules cibles. De même, les molécules du complexe majeur d'hystocompatibilité (appelé HLA chez l'homme), responsable de la différenciation entre le soi et le non soi fonctionne en utilisant des récepteurs tyrosine kinase. Dans la régulation métabolique, ces récepteurs sont peu représenté. Une exception majeure cependant, le récepteur de l'insuline, l'hormone hypoglycemiante, est de type tyrosine kinase. Les guanylate cyclase
Ces récepteurs possèdent une enzyme qui produit du GMPc à partir de GTP, l'équivalent de l'AMPc mais en utilisant la guanine au lieu d'adénine comme base azotée. Les voies de production sont en revanche totalement diffrentes puisque l'AMPc est produite via un récepteur à 9 segments transmembranaires. Il existe deux types de guanylate cyclase, une membranaire et une soluble. La seconde a été la plus étudiée car elle intervient dans un mécanisme qui a surpris plus d'un biologiste lors de sa découverte. En effet, son ligand n'est autre que le monoxyde d'azote ou NO, un gaz soluble et à durée de vie très courte. Ce NO est produit par l'endothelium vasculaire et diffuse jusqu'aux cellules de la couche musculaire. La guanylate cyclase ainsi activée va produire du GMPc qui par divers voies va aboutir à la relaxation des fibres musculaires lisses du vaisseau sanguin, ce qui explique l'effet vasodilatateur du NO.
الريم المصريه الرتبة
الدولة : الجنس : تاريخ التسجيل : 15/02/2012عدد المساهمات : 3030المهنة : الهواية :
موضوع: رد: biologie cellulaire الثلاثاء مايو 01, 2012 10:26 am
الدولة : الجنس : تاريخ التسجيل : 08/02/2013عدد المساهمات : 682العمر : 26المهنة : الهواية :
موضوع: new byoulogia الإثنين يونيو 03, 2013 7:48 pm
[quote="اْستاذ صادق"]<La membrane plasmique
La membrane plasmique constituent l'interface entre la cellule et son milieu. Elle assure donc à la fois un rôle de barrière en empêchant les molécules cellulaires de partir et les molécules extérieures d'entrer librement, et un rôle de barrière en sélectionnant les éléments qui peuvent entrer ou sortir. Toutefois, ses fonctionnalités ne s'arrêtent pas là. C'est le prer élément rencontré par les molécules porteuses d'information, comme les hormones, les neurotransmetteurs ou diverses espèces chimiques importantes pour la cellule. C'est principalement la membrane qui permet à la cellule de connaitre son environnement et d'agir sur lui. La membrane est donc un organite fondamental aux fonctions multiples que nous allons maintenant détailler.
<">Structure des membranes biologiques
La membrane est constituée de trois des principaux éléments de base du vivant, des lipides, des protéines et des glucides. Ces trois éléments coopèrent pour former un film fluide mais néanmoins étanche qui isole la cellule du milieu extérieur et lui permet d'intéragir.
Les lipides membranaires
Ils constituent le coeur de la membrane et sont responsable de son étanchéité à l'eau et par conséquent des molécules solubles dans l'eau, ce qui constitue la majorité des molécules biologiques. Les lipides impliqués sont des phospholipides et, chez les eucaryotes, du cholestérol. En solution dans l'eau, les phospholipides se disposent en un film bimoléculaire de quelques nanomètres d'épaisseur, le coté apolaire est enfouis au coeur de la membrane alors que le coté polaire est en contact avec l'eau. Cette structure est appelée bicouche lipidique, chaque couche de lipide constituant une demi membrane. La membrane n'est donc pas, comme on pourrait le penser une structure solide mais un liquide emprisonnée entre deux autres milieux liquides dans lesquels il est insoluble. Elle est donc fluide, les molécules hydrophobes peuvent s'y dissoudre et s'y mouvoir librement, elles ne peuvent toutefois pas passer d'une demi membrane a une autre. Al'inverse, la bicouche bloque totalement les molécules polaire.
La fluidité de la membrane est un parametre important pour son fonctionnement correct. Comme pour tous les liquides, elle dépend fortement de la température, augmentant et diminuant dans le même sens que celle-ci. La cellule doit donc ajuster incessament cette fluidité de façon a compenser les variation de températures. Elle y arrive modulant la composition en lipide de la membrane:
Les lipides à longue chaine diminuent la fluidité de la membrane.
L'insaturation des chaines lipidique augmentent la fluidité de la membrane.
Pour compenser une augmentation de température la cellule augmentera la longueur des chaines en diminuant leur insaturation. Pour compenser une diminution de température la cellule diminuera la longueur des chaines en augmentant leur insaturation. La resynthèse des lipides membraine est longue et cette adaptation ne joue que si les variation de température sont lentes. Les eucaryotes disposent d'un autre moyen de réguler la fluidité : le cholestérol. Ce lipide a en effet la propriété de réguler la fluidité de la membrane, de la maintenir stable dans une plage étendue de température. Il joue en quelque sorte le rôle d'un tampon de fluidité. Sa présence permet une adaptation aux variations relativement rapides de température. Le cholestérol se trouve principalement dans la demi-membrane extracellulaire. Les procaryotes, à quelques rares exceptions près, n'ont pas de cholestérol.
Conformement à leurs habitudes d'étrangeté, les archéobactéries possèdent des lipides que l'on ne retrouve nulle part ailleurs dans le monde vivant. Leurs acides gras sont reliés au glycérol par des liaisons ether au lieu de liaisons ester et certains d'entre eux, possédant deux extrémités polaires et un centre apolaire, traversent la membrane dans toute son épaisseur. Ils sont responsables de la résistance de ces cellules aux températures et pH extrèmes auxquels on les trouve. Les protéines
Une membrane uniquement lipidique n'a aucun usage. D'une part, une telle structure est instable : les membranes peuvent fusionner, se séparer, former des embranchements. D'autre part rien ne peux la traverser (à l'exception des gaz), ni les molécules polaires qui ne sont pas solubles dans les lipides, ni les molécules apolaires qui ne peuvent pas l'atteindre car elles ne peuvent pas traverser seules le milieu aqueux qui les entoure. Or si ces propriétés sont exploitées dans la cellule, celle ci a malgré tout besoin d'une membrane stable ainsi que d'échanger des molécules avec le milieu extérieur. Ce sont les protéines qui assurent cette fonction. Les protéines peuvent être disposées de diverses façon par rapport à la membrane : au contact de celle-ci, enchassées dans une demi membrane ou traversant la membrane de part en part. Part ailleurs, une protéine peut être consituée de plusieurs sous-unité qui sont agencées différement avec la membrane. Les protéines participent à la polarisation membranaire, une protéine situé sur la face externe de la cellule le restera toujours, de même qu'une protéine intracellulaire. Pour les protéines qui traversent la membrane (les protéines intramembranaires), les parties extracellulaires et intracellulaires seront toujours les mêmes d'un exemplaire à l'autre de la molécule. Il y a bien sûr des exceptions, certaines fonctions biologiques nécessitent des mouvements de protéines au sein de la membrane, mais il s'agit alors d'une particularité spécifique de la protéine, pas d'un aspect fondamental de la membrane. Les protéines sont responsables de la quasi-totalités des spécificités de la membrane. Les molécules polaires ne peuvent pas traverser la membrane, ce sont les protéines qui vont s'en charger. A l'inverse, si une molécule polaire ne dispose pas d'une protéine capable de lui faire traverser la membrane, elle ne pourra pas la traverser. En choisissant ses protéines, la cellule va pouvoir choisir quelles molécules vont pouvoir entrer ou sortir. Le rôle des protéine est toutefois plus large : elles vont transmettre à l'intérieur de la cellules des informations sur le milieur extérieur, elles vont participer à maintenir la forme et la stabilité de la membrane, elles vont servir de point d'ancrage à des structures extracellulaire ou intracellulaire et elles sont à l'origine de la dynamique membranaire.
Les glucides
Les protéines assuraient déjà une polarisation de la membrane, mais ce rôle est principalement dévolu aux glucides. Ils vont en effets former à la surface de la membrane des structures complexes et variées, mais toujours extracellulaires. Les glucides sont accrochés à la membrane par deux moyens : ils sont fixés à la surface des protéines intramembranaires (les glycoprotéines) ou aux lipides membraines (les glycolipides).
Ces glucides ont plusieurs rôles :
Reconnaissance : les motifs glucidiques sont très antigéniques (par exemple les groupes sanguins).
Participation à l'environnement local, les glucides sont des molécules très polaires.
Renforcement de la membrane.
Chez les animaux, les glucides forment un feutrage souple appelé glycocalyx. Chez la plupart des autres cellules vivantes, les glucides forment une paroi résistante et indéformable autour de la cellule : cellulose chez les végétaux, muréine chez les bactéries, qui assure la solidité de la membrane. Cette paroi ne fait pas à proprement parler de la membrane mais elle s'y accroche par les glucides extracellulaires.
Les membranes sont des structures fluides, interface entre le milieu extracellulaire et intracellulaire que la cellule peut ajuster de façon très spécifique pour répondre à ses besoins. Elle joue à la fois un rôle de communication avec l'extérieur et un rôle de tri des molécules d'intérêt pour la cellule. Ces propriétés font de la membrane l'un des organites les plus important de la cellule, le seul dont aucune cellule ne peut se passer, même temporairement. C'est aussi le seul que l'on soit arrivé à reproduire partiellement en laboratoire Les échanges avec l'extérieur
Une cellule n'est pas un milieu totalement isolé. Elle doit prendre sa nourriture dans le milieu extérieur et y rejeter ses dechets. Elle doit aussi le maintient des concentrations ioniques de son milieu interne en puisant ou rejetant des ions dans son environnement. La cellule y parvient en utilisant des protéines spéciales canaux et pompes et en exploitant diverses énergies, métabolique, potentiel electrochimique, etc... Les canaux et les transporteurs
La membrane cellulaire, si elle était constituée uniquement de lipide serait totalement étanche. Les molécules hydrophiles ne peuvent pas se dissoudre pour traverser la membrane. Les molécules hydrophobes ne peuvent pas traverser la couche polaire qui recouvre la membrane. Pour resoudre ce problème, la cellule contient des protéines enchassées qui permettent aux molécules de la traversée. Ces protéines ont deux propriétés principales, elles sont selectives et elles sont contrôlées. Il existe deux grandes catégories de protéines assurant la traversée de la membrane : des canaux et des pompes.
Les canaux
Les canaux constituent la famille de molécule de transport transmembranaire la plus représentée dans la cellule. Le principe est simple, quand le canal est fermé, il est totalement étanche, quand il est ouvert, sa molécule spécifique le traverse selon son gradient électrochimique. Si ce gradient s'annule, le mouvement transmembranaire s'arrete, s'il s'inverse le mouvement s'inverse également. Les canaux ne peuvent en aucun effectuer des transports contre le gradient electrochimique et sont donc responsable de la diffusion facilité. Le canal est hautement sélectif, ce qui veux dire qu'il va être traversé par une famille de molécule voire une seule molécule. Le canal le moins selectif, comme le canal nicotinique responsable de l'activité musculaire, laisse passer tous les ions positifs monovalent. A l'autre bout de la chaine, certains canaux, les plus nombreux, laissent passer un seul ion : calcium, sodium, chlore, etc... Aussi varié sont les modes d'ouverture de ces canaux. Certains sont ouverts en permanence. De part le courant ionique qu'ils créent, il participent à la polarisation de la membrane, donc de la composante électrique du gradient electrochimique de tous les ions. D'autre s'ouvrent sous l'action d'un molécule ou d'un ion. D'autre enfin s'ouvrent sous une action mécanique, une variation de potentiel, une variation de température. La durée d'ouverture aussi varie. Les canaux peuvent rester ouvert tant que le stimulus est présent, d'autre se referment après quelques millisecondes et sont parfois suivit d'une période refractaire ou même une nouvelle stimulation n'ouvrira pas le canal. Les canaux sont impliqué dans de nombreux phénomène cellulaire. Ils ne sont en général pas responsable de la régulation de la composition cellulaire, mais participent au phénomène d'excitabilité cellulaire. Les dépolarisation et mouvement ioniques qu'ils provoquent assurent des phénomènes tels que la conduction nerveuse, la contraction cellulaire, la sensibilté de certains recepteurs sensoriels, mais aussi la sensibilités aux hormones et aux neurotransmetteurs. Cette variété de rôle est permise grace à un nombre élevés de canaux, il n'existe en effet pas un seul canal calcique dans l'organisme, mais plus d'une dizaine se différenciant par leur mode d'ouverture, leur durée d'ouverture et leur régulation, et c'est le cas de tous les canaux. Canaux et pathologie
Les canaux transmembranaires sont impliquées dans de nombreuses pathologie. La plus connue d'entre elle est la mucoviscidose. Cette maladie génétique a pour symptome un encombrement des voies aériennes et digestives par un mucus épais et visqueux, il n'est pas suffisament hydraté. La cause de se défaut d'hydratation est un défaut dans le canal chlore CTRF (Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator). Ce canal provoque normalement une sortie de chlore des cellules épithéliales de la trachée artère, cette sortie de chlore entrainant par pression osmotique une sortie d'eau. Il régule donc la viscosité du mucus. Ce canal s'ouvre sous l'action de l'ATP . L'ATP se fixe dans une zone nommée Nucleotid Binding Domain (NBD = domaine de fixation des nucléotides). L'ATP est ensuite hydrolysé et le canal se referme. Cette fermeture est suivie d'une période d'inactivation pendant laquelle le canal ne peut plus être ouvert. Chez les patients atteind de mucoviscidose, une phénylalanine (un acide aminé) en position 508 de la protéine est manquant. Cette zone est en plein milieu du NBD. Cela suffit à perturber son fonctionnement. L'efflux des ions chlore par un canal pendant son ouverture n'est pas modifié, ni son temps d'ouverture, mais sa periode refractaire est augmentée. L'efflux global de chlore est donc fortement diminué. De plus, le canal fonctionnant mal, la cellule l'elimine de la membrane, ce qui agrave le phénomène.
Les transporteurs ou pompes.
Les transporteurs se différencient des canaux par le fait que ce n'est plus le gradient électrochimique des molécules qui assure le mouvement ionique mais le couplage du transport à une réaction enzymatique exergonique, comme l'hydrolyse de l'ATP. Le mouvement de la molécule devient donc unidirectionnel et même se produire contre le gradient electrochimique. Le transporteur le plus connu est la pompe Na/K qui expulse trois ions sodium et fait entrer deux ions potassium pour chaque molécule d'ATP hydrolysée. Ce transporteur est très important dans la cellule car il assure la création et le maintient du gradient électrochimique membranaire et est indirectement à l'origine de la plupart des mouvements transmembranaire. Si cette pompe s'arrete, le gradient electrochimique disparait et les mouvements ioniques s'arrêtent de part et d'autre de la membrane plasmique. D'autres transporteurs très important dans la cellule sont ceux qui expulsent le calcium du cytoplasme et maintiennent une concentration très basse de l'ordre de la nanomolaire. Cette concentration très basse sera exploitée par la cellule, le calcium est utilisé par de nombreux recepteurs comme signal pour prevenir la cellule de la presence de sa molécule activatrice (hormone en général) sur son site actif. Une curiosité est le l'ATPase à proton . Cette molécule présente dans la membrane interne des mitochondries, la membrane des thylacoides et la membrane plasmique des bactéries aérobies. C'est un transporteur qui pour chaque molécule d'ATP hydrolysée peut expulser deux ions hydrogène à travers la membrane. Toutefois, le gradient electrochimique de l'hydrogène est tel que ce canal va fonctionner à l'envers, les ions hydrogène vont transiter en sens inverse par rapport au sens habituel et l'ATPase va synthétiser de l'ATP au lieu de l'hydrolyser. C'est cette pompe qui est responsable de la production d'ATP resultant de la respiration cellulaire.
Les transports couplés.
Ce type de transport est un mélange des deux précédents. Il s'agit d'un transport mais dont l'energie est fournie par un autre ion qui se déplace selon son gradient électrochimique. Selon le sens de déplacement respectif des deux molécules on parle de symport (l'ion et la molécule transportée traversent la membrane dans le même sens) ou d'antiport (les deux espèces chimiques se déplacent en sens inverse. Ces transports couplés sont très utilisée par la cellule pour recuperer les molécules nécessaires à son métabolisme dans le milieu exterieur. Bien que ne consommant pas d'ATP, ce type de transport utilise de l'énergie, celle du gradient electrochimique d'un ion. Ce gradient est crée via l'action d'un transporteur hydrolysant l'ATP ou toute autre molécule énergetique, en général la pompe Na/K
Transmission intracellulaire de l'information
Notion de récepteur et de second messager
Une cellule en plus de faire transister des molécules à travers sa membranes doit savoir ce qui se passe à l'extérieur. La membrane constitue le seul élément en contact avec l'extérieur. Celle-ci est dotée de molécules spécialisées dans la detection des evènements externes et la transmission de l'information à l'intérieur de la cellule en vue d'une réaction spécifique. Certains phénomène detectés sont capables de traverser la membrane comme la lumière ou les hormones stéroïdes, ils ne feront pas l'objet de ce chapitre. Les récepteurs
Le terme récepteur en biologie désigne une molécule capable de fixer une autre molécule et d'emettre un signal quand la molécule spécifique (ou ligand) se fixe sur le site de reconnaissance. Les ligands peuvent être des ions, des métabolites , des hormones, des neurotransmetteurs ou des facteurs de croissance, des anticorps voire des molécules bactériennes ou virales. En fait tout ce qu'il est nécessaire à la cellule de détecter dispose d'un récepteur qui lui est propre ou tout au moins à la famille moléculaire à laquelle appartient le ligand. Pour un ligand donné, il peut de plus y avoir plusieurs récepteurs qui différent par leur sensibilité, leur régulation ou leur expression spatiale (variation des cellules qui possèdent ce récepteur) ou temporelle (variation du récepteur dans le temps). Il existe donc un très grand nombre de récepteur et leur étude est un des domaine de recherche les plus actif en biologie moléculaire. [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] Une même molécule peut avoir des effets divers dans un organisme. A chaque action correspond en général un type différent de récepteur. Cela explique l'interêt des récepteurs pour la médecine (en particulier psychiatrique). La decouverte d'une molécule qui agit sur un seul type de récepteur permet d'obtenir un effet thérapeutique maximal tout en limitant les effets secondaires. Les molécules qui permettent d'etudier ces récepteurs appartiennent au groupe des toxines. Les toxines sont des molécules qui n'ont aucune homogéneité chimique. Elles sont définies par leurs propriétés : à la fois très spécifiques, agissant sur un seul type ou une seule famille de récepteur et également très sensibles, la concentration nécessaire pour produire leur effet est très basse. Les toxines sont à la base de la classification des récepteurs. Ainsi, les deux grande familles de récepteurs de l'acétylcholine ont été différenciées par leur sensibilités à deux toxines : la nicotine (extraite du tabac) et la muscarine (un alcaloide extrait de l'amanite). A l'intérieur de ces deux grands groupes, il existe différents sous types de récepteurs qui sont différenciés par d'autres toxines.
Les seconds messagers
Une hormone, un neurotransmetteur ou toute autre molécule reconnue par un récepteur, se fixe sur la seule partie accessible du récepteur, la partie extracellulaire. Pour que la cellule puisse prendre connaissance de cette fixation, le signal doit être transmis à l'intérieur de la cellule. L'activation du récepteur va declencher une cascade de réaction métabolique qui va avoir pour résultat de libérer une molécule précise dans le cytoplasme. Cette molécule va pouvoir transmettre l'information à tous les effecteurs cellulaires. Elle est nommée second messager car elle transmet l'information portée par le premier messager : le ligand du récepteur. Il existe plusieurs seconds messagers correspondant à différents types de récepteurs cellulaires. L'autre fonction du second messager est de provoquer une amplification du signal recu : chaque molécule du ligand va activer un seul exemplaire du récepteur qui va produire plusieurs molécules de second messagers. En fonction de l'enzyme activée par le récepteur pour produire le second messager, on va distinguer plusieurs catégories de récepteurs.
Les récepteurs à sept domaines transmembranaires
Premiers à être découverts, ils sont en conséquence mieux étudié. Leur nom viens de ce que leur structure spatiale est très homogène à travers toutes les espèce de la bacterie à l'homme, ils sont constitués d'une chaine protéique unique traversant la membrane plasmique à sept reprises. Pendant longtemps on a cru qu'ils étaient le seul type de récepteur cellulaire. Tous ont en commun le fait que l'enzyme produisant le second messager n'est pas portée par le récepteur lui même. Elle constitue une protéine indépendante, le couplage entre le récepteur et l'enzyme s'effectuant par une protéine particulière nommée Protéine G. On distingue deux grandes familles de récepteurs en fonction l'enzyme activée pour synthétiser le second messager : les récepteurs activant l'adénylate cyclase et les récepteurs activant la phospholipase C. Les récepteurs à adénylate cyclase
Ces récepteurs ont été decouverts par Sutherland dans les années 1950 et sont à l'origine de la notion de second messager. Sous l'action de l'adrénaline, la phosphorylase hépatique peut liberer hydrolyser le glycogène et produire du glucose. L'adrénaline se fixe sur la membrane et la phosphorylase est cytosolique. Par broyat et centrifugation, Sutherland sépare la membrane et le cytosol. L'adrénaline appliquée sur le cytosol n'a aucun effet, l'adrénaline n'agit pas directement sur l'enzyme. Sur les membranes isolées, il va faire agir l'adrénaline et il recupère le cytosol résultant de cette action. Ce cytosol ajouté au premier cytosol va declencher l'activation de la phosphorylase. Il en conclut que la fixation de l'adrénaline sur la membrane va provoquer la synthèse d'une molécule qui va diffuser dans le cytosol et activer la phosphorylase. Il nomme cette molécule un second messager. Des expériences ultérieures montreront que ce second messager est une molécule déja connue à l'époque, l'AMPc ou AMP cyclique. [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] L'AMPc est une molécule produire par l'adénylate cyclase à partir de l'ATP cytosolique. Il s'agit d'une molécule d'AMP, mais l'unique phosphate est relié à la fois aux carbone 3 et 5 du ribose. L'adénylate cyclase est une protéine membraire localisée dans la demi membrane interne de la membrane plasmique. Toutefois, elle n'est pas portée par le recepteur membranaire. Ainsi que l'a montré Rodbell dans les années 1960, trois molécules sont impliquées dans la synthèse de l'AMPc : le recepteur à l'adrénaline, l'adénylate cyclase et une système de couplage. Le principe de fonctionnement est celui decrit dans la figure ci contre. La fixation du ligand sur le récepteur active la proéine Adenylate Cyclase (AC) qui produit de l'AMPc. Cet AMPc va activer toute une famille de protéines, les protéines kinase A (PKA) qui sont directement responsable des effets cellulaires. Une autre protéine, la phosphodiestérase, va degrader l'AMPc en AMP, stoppant ainsi son effet. Dans cette description, le système de couplage est indeterminé. Rodbell montrera qu'il s'agit d'une qui protéine hydrolyse le GTP et l'appelera donc protéine G. La protéine G est un hétérotrimère (constituée de trois chaines protéiques différentes) dont les chaines sont nommées α, β et γ. Le site d'hydrolyse du GTP est porté par la chaine α. Le fonctionnement du système a pu être totalement élucidé. Au repos, le site enzymatique est occupé par du GDP. La fixation de l'adrénaline sur son support va provoquer un changement de conformation des protéines qui va provoquer l'expulsion du GDP et son remplacement par du GTP. Sous l'action du GTP, la sous unité α de la protéine G va être libérée du complexe et activer l'adénylate cyclase. L'AMPc synthétisé est libéré dans le cytosol ou il va activer ses différents effecteurs (dans le cas du foie, la phosphorylase). Au bout d'un temps variable, la protéine G hydrolyse le GTP en GDP et le complexe avec les chaines beta et gamma se reforme. L'activité de l'adénylate cyclase s'arrète, l'AMPc cytosolique est éliminé du cytoplasme par conversion en AMP et l'effet de l'adrénaline cesse totalement. Les récepteurs couplé à la phospholipase C
Ces recepteurs ont été découverts dans les années 50 par Hokin qui a constaté que l'acétylcholine stimulait le métabolisme des phosphatidyl-inositol. Sous l'action de son hormone, la phospholipase C va hydroliser les lipides membranaires et libérer du diacyl-glycérol (DAG) et de l'inositol triphosphate (IP3). Ces deux molécules vont faire office de seconds messagers :
le DAG va activer la protéine kinase C (PKC). Cette protéine migre de la membrane dans le cytoplasme (famille A, sensible au calcium) et parfois vers le noyau (famille B, insensible au calcium). Cette famille de protéine va phosphoryler diverses protéines cellulaires et ainsi les activer.
L'inositol phopshate va provoquer une entrée de calcium dans le cytoplasme en agissant sur deux reserve, le calcium extracellulaire ou le calcium stocké à l'intérieur de la cellule dans le reticulum endoplasmique lisse en ouvrant des canaux membranaires. Le calcium est dans cette voie, le véritable second messager. Il va activer diverses protéines, modulée par la concentration en calcium plasmatique (d'ou leur nom de calmoduline).
La voie du DAG et la voie de l'IP3 agissent de façon synergiques sur leurs cibles. Comme les récepteurs à adénylate cyclase, ceux couplés à la phospholipase C sont activés par le DAG. Mais il existe deux autres voies :
La phosphorylation par une tyrosine kinase.
Activation par le calcium.
Les recepteurs enzymes
Les récepteurs enzymes sont des récepteurs membranaires donc l'occupation du site actif se traduit par une activité enzymatique intracellulaire par le récepteur même. Ils sont très importants chez les animaux car ils interviennent dans de nombreux processus de régulation de la division cellulaire et dans l'immunité, ainsi que dans d'autres domaines. On distingue deux catégories de récepteurs enzymatiques : les récepteur tyrosine kinases et les guanylate cyclases. Les tyrosine kinases
Les tyrosine kinases constituent une famille d'enzymes très importante dans l'organisme eucaryote. Ces molécules ont en commun la propriété de phosphoryler un résidu tyrosine. Cette méthode est une méthode d'activation ou d'inactivation de certaines voies enzymatiques au sein de la cellule. La plupart de ces kinases sont des récepteurs membranaires. Structure et fonctionnement des récepteurs
[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة] Les récepteurs tyrosine kinases sont des molécules transmembranaires comportant un site récepteur sur la face extracellulaire et un site tyrosine kinase sur la face interne. Les deux parties sont reliées par un seul segment transmembranaire. Les récepteurs tyrosine kinase comportent aussi un site de phosphorylation. Leur site kinase est normalement inactif, pour être activé, leur résidu tyrosine doit d'abord être phosphorylé. Le schéma ci contre présente un récepteur tyrosine kinase type. Dans la réalité, ces récepteurs peuvent être beaucoup plus complexes, pouvant acceuillir differentes site de phosphorylation, plusieurs sites enzymatiques et la structure extramembranaire pouvant être très variée, comportant plusieurs sites de reconnaissante, voire un site de reconnaissance constitué de plusieurs protéines Le mécanisme d'activation de ces récepteurs est particulier, car le segments transmembranaire, ne peut pas transmettre d'information sur l'occupation du site de reconnaissance du ligand vers l'intérieur de la cellule. Le ligand va se fixer deux récepteurs qui vont être ainsi rapprochés et pouvoir se phosphoryler mutuellement. L'activité tyrosine kinase va alors pouvoir s'exercer sur leurs différentes molécules cibles. Une fois phosphorylé, le récepteur ne peut plus être dephosphorylé. Son activité enzymatique va donc se poursuivre indéfiniment. Pour stopper son action, la cellule va internaliser le récepteur. La protéine va ensuite être degradée dans un lysosyme ou dans certains cas renvoyée à la surface de la membrane après inactivation pour être reutilisée. Phénomènes cellulaires impliquant un récepteur tyrosine kinase
On rencontre ce type de récepteur dans les phénomènes de communication intercellulaires. Une catégorie d'hormones appelée facteurs de croissance utilise ce genre de récepteurs. Ils sont donc à un carrefour majeur dans le contrôle de la multiplication cellulaire chez les vertébrés. Cela explique de nombreux oncogènes se revèlent coder pour ces récepteurs et leur dysfonctionnement est à l'origine de nombreux cancers. Ils sont responsable aussi de l'effet cancérigène de certains virus. Ainsi l'un d'eux produit une protéine qui s'insère dans la membrane plasmique et possède une activité tyrosine kinase constitutive, générant sans cesse un signal de multiplication cellulaire. Un deuxième grand domaine d'action de ces cellules est l'immunité. Les anticorps ayant reconnus leur antigène activent un récepteur de ce genre sur leurs cellules cibles. De même, les molécules du complexe majeur d'hystocompatibilité (appelé HLA chez l'homme), responsable de la différenciation entre le soi et le non soi fonctionne en utilisant des récepteurs tyrosine kinase. Dans la régulation métabolique, ces récepteurs sont peu représenté. Une exception majeure cependant, le récepteur de l'insuline, l'hormone hypoglycemiante, est de type tyrosine kinase. Les guanylate cyclase
Ces récepteurs possèdent une enzyme qui produit du GMPc à partir de GTP, l'équivalent de l'AMPc mais en utilisant la guanine au lieu d'adénine comme base azotée. Les voies de production sont en revanche totalement diffrentes puisque l'AMPc est produite via un récepteur à 9 segments transmembranaires. Il existe deux types de guanylate cyclase, une membranaire et une soluble. La seconde a été la plus étudiée car elle intervient dans un mécanisme qui a surpris plus d'un biologiste lors de sa découverte. En effet, son ligand n'est autre que le monoxyde d'azote ou NO, un gaz soluble et à durée de vie très courte. Ce NO est produit par l'endothelium vasculaire et diffuse jusqu'aux cellules de la couche musculaire. La guanylate cyclase ainsi activée va produire du GMPc qui par divers voies va aboutir à la relaxation des fibres musculaires lisses du vaisseau sanguin, ce qui explique l'effet vasodilatateur du NO.[/quote
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