Ribosome

Les ribosomes sont des complexes ribonucléoprotéiques (c'est-à-dire composés de protéines et d'ARN) présents dans les cellules eucaryotes etprocaryotes. Leur fonction est de synthétiser les protéines en décodant l'information contenue dans l'ARN messager. Ils sont constitués d'ARN ribosomiques, qui portent l'activité catalytique, et de protéines ribosomiques. Les ribosomes sont constitués de deux sous-unités, une plus petite qui « lit » l'ARN messager et une plus grosse qui se charge de la synthèse de la protéine correspondante.

Schema d'une cellule animale type :
(1) nucleole
(2) Noyau
(3) ribosomes (petits points)
(4) vesicule
(5) Réticulum endoplasmique granuleux (REG)
(6) Appareil de Golgi
(7) cytosquelette
(8) Réticulum endoplasmique lisse
(9) Mitochondries
(10) vacuole
(11) cytoplasme
(12) lysosome
(13) centrosome constitué de deuxcentrioles

Localisation[modifier]

Ils se trouvent dans le cytoplasme, libres, ou associés, soit aux membranes du réticulum endoplasmique, soit à l'enveloppe nucléaire, soit même chez certaines bactéries à leur membrane interne (par exemple chez Escherichia coli). Lorsque la traduction est très active, plusieurs ribosomes peuvent être associés simultanément à un même ARN messager, ce chapelet de ribosomes consécutifs sur l'ARN etant appelé polysome ou polyribosome. On trouve aussi des ribosomes dans les mitochondries et certains plastes, et leur structure est proche de celle des ribosomes procaryotes. Ceci s'explique par la théorie de l'endosymbiose. Leur fonction est de traduire les ARN messagers issus de l'ADN mitochondrial ou de l'ADN chloroplastique.

Structure[modifier]

Structure atomique de la grande sous-unité 50S du ribosome.
Les protéines sont colorées en bleu et lesARN en orange. Le site actif, l'adénine 2486 est coloré en rouge.

Comportant des ARN dits ARN ribosomiques (ou ARNr) et des protéines ribosomiques, ils sont composés de deux sous-unités : une grande (L pourlarge) et une petite (S pour small) sous-unité. Ces sous-unités sont construites autour d'un cœur d'ARN ribosomique possédant une structure très compacte, autour duquel sont accrochées les protéines. Le site actif du ribosome qui catalyse la liaison peptidique est constitué d'ARN. La biogenèsedes ribosomes a lieu dans le nucléole, une structure du noyau.

• Grande sous-unité : Dans le ribosome cytoplasmique des eucaryotes, elle est constituée de trois molécules d'ARNr (5S, 28S et 5.8S, comportant respectivement 120, 4 700 et 160 nucléotides), et de 49 protéines ribosomiques. Cette grande sous-unité a une masse moléculaire de 2,8.10⁶Daltons, un coefficient de sédimentation de 60S. Chez les procaryotes, cette grande sous-unité est caractérisée par un coefficient de sédimentation de 50S ; elle est composée d'ARN 23S (2 300 nucléotides), d'ARN 5 S (120 nucléotides) et de 34 protéines.
• Petite sous-unité : Dans le ribosome cytoplasmique des eucaryotes, elle n'est constituée que d'une molécule d'ARNr (18S, comportant mille neuf cents nucléotides) et de trente-trois protéines ribosomiques. Cette petite sous-unité a une masse moléculaire de 1,4.10⁶ Daltons, un coefficient de sédimentation de 40S. Chez les procaryotes, elle est constituée d'ARNr 16S (1540 nucléotides) et de vingt-et-une protéines. Son coefficient de sédimentation est de 30S.

Au total, le ribosome fonctionnel (composé des deux sous-unités réunies) a une masse moléculaire de 4,2.10⁶ Daltons, un coefficient de sédimentation de 80S chez les eucaryotes et 70S chez les procaryotes.

Les ribosomes 70S des procaryotes ont une taille de 25nm de diamètre (il y a une distance de 20nm entre le site A et le site E)

Les ribosomes 70S des procaryotes sont sensibles à certains antibiotiques qui n'ont pas d'effets sur les ribosomes 80S des eucaryotes.

Les mitochondries et les chloroplastes (des cellules végétales) contiennent également des ribosomes 70S, ce qui en plus du fait qu'ils ont leur propre ADN et leur propre mécanisme de reproduction, étayerait la thèse selon laquelle ces organites seraient issues de procaryotes en symbiose avec la cellule eucaryote (théorie de l'endosymbiose).

Fonctions[modifier]

Article détaillé : Traduction (biologie).

Processus de traduction de l'ARN en protéine par le ribosome

Le ribosome est la « machine » qui assure la traduction de la molécule d'ARNm dans la synthèse des protéines. Le code génétique assure la correspondance entre la séquence de l'ARNm et la séquence du polypeptide synthétisé. Le ribosome utilise les ARN de transfert ou ARNt comme « adaptateurs » entre l'ARN messager et les acides aminés.

L'ARN messager passe à travers la petite sous-unité (30S ou 40S) qui contient les sites de fixation des ARNt sur l'ARNm. La grande sous-unité contient la partie catalytique, appelée centre peptidyl-transférase, qui effectue la synthèse de la liaison peptidique entre lesacides aminés consécutifs de la protéine. La grande sous-unité contient également un tunnel par lequel sort la chaîne protéique en cours de synthèse. Il existe aussi dans la grande sous-unité trois sites (A ou site Aminoacyl, P ou site Peptidyl et E ou site Exit) où vont se fixer les ARNt porteurs des acides aminés pendant la traduction. Le site (P) est occupé par un ARNt porteur d'un acide aminé lié à la chaîne polypeptidique résultante. Le site (A) est, quant à lui, occupé par un ARNt porteur d'un acide aminé en attente d'être lié à la chaîne polypeptidique. Enfin, le site (E) permet la libération de l'ARNt désacétylé qui a livré son acide aminé.

Le ribosome est de plus un moteur moléculaire, qui avance sur l'ARN messager en consommant l'énergie fournie par l'hydrolyse de laGTP. Plusieurs protéines, appelées facteurs d'élongation, sont associées à ce mouvement, appelé translocation.

Découvertes[modifier]

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En février 2009, la revue Nature a publié un article rédigé par des biophysiciens de l'Université de Montréal : ils y expliquent les mécanismes de formation de cette molécule qui peut contenir jusqu'à 300 000 atomes¹. Ces explications permettraient de mieux comprendre les mécanismes de création des êtres vivants.

Notes et références[modifier]

1. ↑ Pauline Gravel, « Découverte du chaînon manquant aux origines de la vie », dans Le Devoir, 21 février 2009 [texte intégral [archive] (page consultée le 21 février 2009)]

Voir aussi[modifier]

Bibliographie[modifier]

• D. Fourmy, S. Yoshizawa et H. Grosjean, « Le ribosome : l'usine à protéines », Pour la Science, 313, novembre 2003.

Articles connexes[modifier]

• Synthèse des protéines
• ARNm
• ARNr
• ARNt
• Code génétique
• Protéine
• Ribozyme

Liens externes[modifier]

• (en) Video de reconstitutions en 3 dimensions de la structure et du mode d'action des ribosomes, sur le site de Tom Steitz, récipiendaire du prix Nobel de chimie 2009

Lysosome

From Wikipedia, the free encyclopedia

Schematic of typical animal cell, showing subcellular components.Organelles:
(1) Nucleolus
(2) Nucleus
(3) Ribosomes (little dots)
(4) Vesicle
(5) Rough endoplasmic reticulum (ER)
(6) Golgi apparatus
(7) Cytoskeleton
(8) Smooth ER
(9) Mitochondria
(10) Vacuole
(11) Cytosol
(12) Lysosome
(13) Centrioles within Centrosome

Lysosomes are cellular organelles that contain acid hydrolase enzymes that break down waste materials and cellular debris. These are non-specific. They can be described as the stomach of the cell. They are found in animal cells, while their existence in yeasts and plants are disputed. Some biologists say the same roles are performed by lytic vacuoles,^[1] while others suggest there is strong evidence that lysosomes are indeed in some plant cells.^[2] Lysosomes digest excess or worn-out organelles, food particles, and engulf viruses or bacteria. The membrane around a lysosome allows the digestive enzymes to work at the 4.5 pHthey require. Lysosomes fuse with vacuoles and dispense their enzymes into the vacuoles, digesting their contents. They are created by the addition of hydrolytic enzymes to early endosomes from the Golgi apparatus. The name lysosome derives from the Greek words lysis, to separate, and soma, body. They are frequently nicknamed "suicide-bags" or "suicide-sacs" by cell biologists due to their autolysis. Lysosomes were discovered by the Belgian cytologist Christian de Duve in the 1960s.

The size of a lysosome varies from 0.1–1.2 μm.^[3] At pH 4.8, the interior of the lysosomes is acidic compared to the slightly alkaline cytosol (pH 7.2). The lysosome maintains this pH differential by pumping protons (H⁺ ions) from the cytosol across themembrane via proton pumps and chloride ion channels. The lysosomal membrane protects the cytosol, and therefore the rest of the cell, from the degradative enzymes within the lysosome. The cell is additionally protected from any lysosomal acidhydrolases that drain into the cytosol, as these enzymes are pH-sensitive and do not function well or at all in the alkaline environment of the cytosol.This ensures that cytosolic molecules and organelles are not lysed in case there is leakage of the hydrolytic enzymes from the lysosome.

Lysosomes are the cell's waste disposal system and can digest some compounds. They are used for the digestion ofmacromolecules from phagocytosis (ingestion of other dying cells or larger extracellular material, like foreign invading microbes),endocytosis (where receptor proteins are recycled from the cell surface), and autophagy (where in old or unneeded organelles or proteins, or microbes that have invaded the cytoplasm are delivered to the lysosome). Autophagy may also lead to autophagic cell death, a form of programmed self-destruction, or autolysis, of the cell, which means that the cell is digesting itself.

Other functions include digesting foreign bacteria (or other forms of waste) that invade a cell and helping repair damage to theplasma membrane by serving as a membrane patch, sealing the wound. In the past, lysosomes were thought to kill cells that are no longer wanted, such as those in the tails of tadpoles or in the web from the fingers of a 3- to 6-month-old fetus.

Contents   [hide]  1 Formation 2 Lysosomotropism 3 References 4 External links

[edit]Formation

Many components of the animal cell can be seen recycling and sharing their membranous units. For instance, in endocytosis, a portion of the cell’s plasma membrane pinches off to form a vesicle that will eventually fuse with an organelle within the cell. Without active replenishment, the plasma membrane would continuously decrease in size. It is thought that lysosomes participate in this dynamic membrane exchange system and are formed by a gradual maturation process from endosomes.^[4]

The production and transport of lysosomal proteins suggest one method of lysosome sustainment. Lysosomal protein genes are transcribed in the nucleus. mRNA transcripts exit the nucleus into the cytosol, where they are translated by ribosomes. The nascent peptide chains are translocated into the rough endoplasmic reticulum, where they are modified. Upon exiting the endoplasmic reticulum and entering the Golgi apparatus via vesicular transport, a specific lysosomal tag, mannose 6-phosphate, is added to the peptides. The presence of these tags allow for binding to mannose 6-phosphate receptors in the golgi apparatus, a phenomenon that is crucial for proper packaging into vesicles destined for the lysosomal system.^[5]

Upon leaving the golgi apparatus, the lysosomal enzyme-filled vesicle fuses with a late endosome, a relatively acidic organelle with an approximate pH of 5.5.^[5] This acidic environment causes dissociation of the lysosomal enzymes from the mannose 6-phosphate receptors^[5]. The enzymes are packed into vesicles for further transport to established lysosomes.^[5] The late endosome itself can eventually mature into a mature lysosomes, as evidenced by the transport of endosomal membrane components from the lysosomes back to the endosomes.^[4]

[edit]Lysosomotropism

Weak bases with lipophilic properties accumulate in acidic intracellular compartments like lysosomes. While the plasma and lysosomal membranes are permeable for neutral and uncharged species of weak bases, the charged protonated species of weak bases do not permeate biomembranes and accumulate within lysosomes. The concentration within lysosomes may reach levels 100 to 1000 fold higher than extracellular concentrations. This phenomenon is called "lysosomotropism"^[6] or "acid trapping". The amount of accumulation of lysosomotropic compounds may be estimated using a cell based mathematical model.^[7]

A significant part of the clinically approved drugs are lipophilic weak bases with lysosomotropic properties. This explaines a number of pharmacological properties of these drugs, such as high tissue-to-blood concentration gradients or long tissue elimination half-lifes; these properties have been found for drugs such as haloperidol,^[8] levomepromazine ^[9] and amantadine.^[10] However, in addition to lysosomotropism, high tissue concentrations and long elimination half-life is explained also by lipophilicity and absorption of drugs to fatty tissue structures. Important lysosomal enzymes, such as acid sphingomyelinase, may be inhibited by lysososomally accumulated drugs.^[11][12] Such compounds are termed FIASMAs (functional inhibitor of acid sphingomyelinase)^[13]and include for example fluoxetine, sertraline or amitriptyline.

Carnitine

La carnitine est un composé comprenant une fonction ammonium quaternaire, elle est bio-synthétisée à partir de lysine et de méthionine. Cette molécule intervient au sein de la cellule dans le transport des acides gras du cytosol vers les mitochondries lors du catabolisme des lipides dans le métabolisme énergétique. Cette molécule est souvent vendue en tant que complément alimentaire. La carnitine a été découverte en tant que facteur de croissance de vers de farine (larve de Tenebrio molitor). La carnitine possède deux stéréo-isomères, sa forme biologique est la L-carnitine alors que la forme D est biologiquement inactive.

Production[modifier]

Chez les animaux, la carnitine est synthétisée principalement par le foie et les reins à partir de lysine et de méthionine. La vitamine C (ou acide ascorbique) est essentielle pour la synthèse de carnitine. Pendant la croissance et la grossesse, les besoins de carnitine peuvent dépasser la quantité produite normalement par le corps.

Rôle dans le métabolisme des acides gras[modifier]

La carnitine transporte les longues chaînes acyl des acides gras vers la matrice mitochondriale. Les chaînes acyl y sont catabolysées par β-oxydation (hélice de Lynen) en acétate utilisable afin de former de l'énergie en passant par le cycle de Krebs. Chez certains champignons, la carnitine entre dans une voie de néoglucogenèse. Les acides gras doivent être activés avant de se fixer à la molécule et ainsi former l'acyl-carnitine. L'acide gras libre du cytosol est lié par une liaison thioester à la coenzyme A (CoA). Cette réaction est catalysée par une enzyme : l'acyl-CoA synthétase, le transfert nécessite une ATPase, il y a donc consommation d'énergie provenant d'une liaison à haut potentiel d'hydrolyse.

Le groupe acyl fixé sur le CoA peut à présent être transféré sur la carnitine, et l'acyl-carnitine résultant être transféré à travers la membrane vers la matrice mitochondriale. Les étapes sont les suivantes :

1. L'acyl-CoA est fixé à la carnitine par la carnitine acyl-transférase I localisée sur la membrane mitochondriale externe.
2. L'acyl-carnitine formé est "poussé" par la carnitine-acylcarnitine translocase dans l'espace intermembranaire.
3. L'acyl-carnitine est converti en acyl-CoA (libre dans la matrice) par la carnitine acyltransferase II localisée sur la membrane mitochondriale interne. La carnitine libre retourne dans le cytosol.

Les troubles génétiques engendrant une déficience en carnitine affectent les différentes étapes de ce processus et donc les voies de métabolisation des acides gras.

La carnitine acyltransferase I subit une inhibition allostérique à la suite du malonyl-CoA, un intermédiaire dans la synthèse des acides gras, afin d'éviter un phénomène cyclique entre β-oxydation(catabolisme) et synthèse des acides gras (anabolisme).

En pointillé orange : membrane externe. En trait plein bleu : membrane interne.

Effets physiologiques[modifier]

Effets sur la masse osseuse[modifier]

Avec l'âge, la concentration cellulaire de carnitine diminue, ce qui affecte le métabolisme des acides gras au sein de différents tissus. Les os sont particulièrement affectés, en effet, il y a un besoin constant de carnitine pour la maintenance du métabolisme des ostéoblastes (cellules permettant le renouvellement des os et la maintenance de la masse osseuse).

Il y a une corrélation proche entre les changements de la concentration plasmatique d'ostéocalcine et l'activité des ostéoblastes. On remarque une diminution de cette concentration chez des sujets atteints d'ostéoporose ou de femmes ménopausées. L'administration de carnitine ou de propionyl-L-carnitine peut faire augmenter le niveau plasmatique d'ostéocalcine qui diminue régulièrement avec l'âge.

Effet antioxydant[modifier]

La carnitine a une action antioxydante, cette action fournit un effet préventif contre la lipiperoxydation des phospholipides membranaires et contre le stress oxydatif induit au niveau des cellules myocardiales et endothéliales. Il s'agit donc d'une molécule réductrice.

Utilisations pharmaceutique possibles[modifier]

Effets sur le diabète[modifier]

La carnitine aurait un effet positif sur le diabète de type II².

Effet sur la stérilité masculine[modifier]

L'utilisation de carnitine s'est montré prometteuse lors d'un essai contrôlé, en améliorant la qualité du sperme dans certains cas de stérilité masculine³. En effet, la carnitine contribue à la mise en réserve d'énergie du spermatozoïde, lors de son transit épididymaire. Avec un Spermogramme, il est alors possible en analysant le taux de carnitine, de déceler une pathologie obstructive.

En tant que complément alimentaire diététique[modifier]

La carnitine a été parfois utilisée en tant que complément alimentaire dans le but de perdre du poids mais sans preuve scientifique de conséquences positives.

Source[modifier]

Les aliments possédant la plus grande concentration de carnitine sont la viande rouge et les produits laitiers. On en trouve également dans diverses noix, graines (citrouille, tournesol, sésame), légumes (artichaut, asperge, betterave, brocoli, chou de Bruxelles, chou cavalier, ail, moutarde, gombo, persil, chou frisé), fruits (abricot, banane) et céréales (sarrasin, maïs, millet, avoine, son deriz, seigle, ...).

Aliment	Quantité4	Carnitine
Steak de bœuf	100 g	95 mg
Bœuf haché	100 g	94 mg
Porc	100 g	27,7 mg
Bacon	100 g	23,3 mg
Tempeh	demi tasse	19,5 mg
Morue	100 g	5,6 mg
Blanc de poulet	100 g	3,9 mg
Fromage Américain	100 g	3,7 mg
Crême glacée	104 ml	3,7 mg
Lait entier	104 ml	3,3 mg
Avocat	de taille moyenne	2 mg5
Fromage blanc	104 ml	1,1 mg
Pain complet	100 g	0,36 mg
Asperge	100 g	0,195 mg
Pain blanc	100 g	0,147 mg
Macaroni	100 g	0,126 mg
Beurre d'arachide	100 g	0,083 mg
Riz (cuit)	100 g	0,0449 mg
Œufs	100 g	0,0121 mg
Jus d'orange	104 ml	0,0019 mg

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