Communication et Récepteurs Cellulaires
100 cardsExplore la communication cellulaire (endocrine, synaptique), les molécules informatives et les différents types de récepteurs (membranaires, nucléaires) et leurs mécanismes.
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Le Principe de la Communication Cellulaire : Types et Mécanismes
Lacommunication cellulaire est essentielle pour la coordination de l'organisme, l'homéostasie,la croissance et le développement cellulaire. Elle implique des signaux environnementaux, la transduction de signaux et des réponses adaptatives.
La communication cellulaire estla base de la coordination entre les cellules pour maintenir l'équilibre de l'organisme.
1. Le Principe de la Communication Cellulaire
Deuxéléments clés :
Molécule informative (signal/messager)
Molécule de réception (récepteur du messager)
Ceci repose sur la stéréospécificité et l'affinité.
Trois schémas de communication :
Communication à distance :
Synaptique : espace faible(~20nm), neurotransmetteur.
Paracrine : espace limité (~100µm), médiateur chimique local.
Endocrine : espace important, hormones.
Contact direct : molécule informative sur la membrane de lacellule émettrice.
GAP junction : contact direct entre les cytoplasmes (rapide).
Les 4 étapes de la communication :
Synthèse de la molécule informative.
Libération de la molécule informative.
Action sur le récepteur.
Inactivation (recapture ou enzymatique).
1.1. La Transmission Endocrine
Action à distance par les hormones.
Cellules des tissus glandulaires sécrètentles hormones.
Hormones voyagent via la circulation sanguine (dilution importante, nécessitant une haute affinité des récepteurs).
Action lente.
Exemple de régulation : Hypothalamus Hypophyse (hormones hypothalamiques, ex: libérines) Glande (ex: Thyroïde avec TSH) Cellules cibles (ex: muscles et foie avec T3/T4).
1.2. La Transmission Synaptique
Transmission rapide de l'information par impulsions électriques (100m/S).
Impulsion électrique Exocytose de neurotransmetteurs.
Neurotransmetteurs agissent sur un seul tissu cible.
Concentration locale forte, faible affinité des récepteurs.
Définition d'un neurotransmetteur :
Présent dans l'élément pré-synaptique (avec précurseurs et enzymes).
Libéré dans la fente selonun mécanisme voltage-dépendant.
Agit par liaison au récepteur post-synaptique.
Inactivé par des enzymes au niveau de la synapse.
2. Les Molécules Informatives
Classées par fonctionnalité (hormones, neurotransmetteurs, cytokines, etc.) et structure (protéines, acides aminés, lipides, stéroïdes).
La plupart sont hydrophiles Récepteurs membranaires.
Certaines sont hydrophobes Pénètrent la cellule Récepteurs intracellulaires (cytosoliques ou nucléaires).
2.1. Les Médiateurs Chimiques Locaux (Paracrinie)
Exemple : Histamine
Molécule hydrophile.
Synthétisée par décarboxylation de l'histidine (par His-décarboxylase) dans les mastocytes et polynucléaires basophiles.
Libérée lors de réactions allergiques.
Action : *vasodilatation locale* (se lieaux cellules endothéliales).
Durée de vie courte (inactivée par histaminase).
2.2. Les Hormones
2.2.1. Hormones Hydrophiles
Se lient aux récepteurs membranaires.
2.2.1.1. Dérivés d'Acides Aminés : L'Adrénaline
Sécrétée par la médullosurrénale.
Dérive de la tyrosine L-DOPA Dopamine Noradrénaline Adrénaline.
Catécholamine (noyau catéchol + fonction amine).
Hormone du stress : augmente pression sanguine et fréquence cardiaque.
2.2.1.2. Peptides
Insuline :
Peptide de 51 acides aminés (2 chaînes A et B, liées par ponts disulfures).
Origine : cellules des îlots de Langerhans (pancréas).
Action : Hypoglycémiante (favorise consommation et métabolisme du glucose).
Réponse : Augmentation de la glycémie.
Récepteur : à activité tyrosine-kinase.
Peptides possédant des récepteurs de type RCPG (Récepteur Couplé aux Protéines G) :
Glucagon :
29 acides aminés (linéaire, sans pont disulfure ni proline).
Origine : cellules des îlots de Langerhans (pancréas).
Action : Hyperglycémiante (tissu cible : foie).
Parathormone (PTH) :
84 acides aminés.
Action : Hypercalcémiante (augmente résorption osseuse et réabsorption du calcium rénal, diminue réabsorption de phosphate).
Calcitonine :
32 acides aminés.
Origine : Thyroïde.
Action : Hypocalcémiante (diminue réabsorption du calcium rénal, inhibe résorption osseuse).
Hormones hypophysaires :
Vasopressine (hormone antidiurétique) : 9 acides aminés, pont disulfure intrachaîne. Augmente la pression artérielle.
Ocytocine : 9acides aminés, pont disulfure intrachaîne. Contraction utérine.
Différence cruciale : 1 acide aminé (Arginine pour vasopressine, Leucine pour ocytocine) Stéréospécificité.
Hormone anté-hypophysaire : ACTH (Adrenocorticotropic hormone) :
39 acides aminés.
Cible : corticosurrénale (favorise sécrétion de glucocorticoïdes).
Angiotensine :
Synthèse : Angiotensinogène (foie, inactif) Angiotensine I (10 AA, par rénine) Angiotensine II (8 AA, actif, par enzyme de conversion).
Propriété : Vasoconstricteur puissant.
Action : Stimule sécrétion d'aldostérone (surrénale), favorise réabsorption sodium rénal Augmente tension.
2.2.1.3. Glycoprotéines
Glycoprotéine avec récepteur couplé à une tyrosine kinase : Hormone de Croissance (GH, Growth Hormone).
191 acides aminés, 22 kDa.
Action : stimule synthèse des somatomédines (foie) croissance os longs et muscles.
Glycoprotéines avec récepteurs de type RCPG :
Trois hormones avec sous-unité commune et différenciante.
TSH (thyréostimuline) : cible thyroïde.
FSH (hormone folliculo-stimulante) : cible ovaires (croissance folliculaire), testicules (spermatogenèse).
LH (hormone lutéinisante) : cible ovaires (ovulation, progestérone), testicules (testostérone).
2.2.2. Hormones Hydrophobes
Peuvent franchir la bicouche lipidique, se lient à des récepteurs intracellulaires (cytosolique ou nucléaire).
Hormones stéroïdes.
Hormones thyroïdiennes (transportées par TBG : Thyroxine Binding Globulin).
Vitamines A et D sont Structurellement proches.
2.3. Les Neurotransmetteurs
Molécules hydrophiles avec deux types de récepteurs : canaux ioniques ligand-dépendants et RCPG.
2.3.1. Acides Aminés
Glycine : neurotransmetteur inhibiteur du SNC.
Acide glutamique : neurotransmetteur activateur du SNC (canaux cationiques Na ou Ca dépolarisation).
GABA (-aminobutyrique) : neurotransmetteur inhibiteur du SNC (canal anionique Cl polarisation).
2.3.2. Dérivés d'Acides Aminés
Acétylcholine : neurotransmetteur excitateur (canal cationique Ca dépolarisation) sur plaque motrice.
Dopamine, Noradrénaline, Adrénaline : se lient à des RCPG.
2.3.3. Peptides
Enképhalines : pentapeptides (leu-enképhaline, met-enképhaline). Agissent via RCPG.
Endorphines : peptides plus longs que les enképhalines. Rôle dans la nociception et régulation de la douleur.
Certains dérivés végétaux (morphine, héroïne, opium) peuvent fixer ces récepteurs.
3. Les Récepteurs
Points communs des récepteurs :
Haute affinité pour la molécule informative.
Stéréospécificité.
Liaison récepteur-molécule informative est réversible.
Modification de la conformation spatiale lors de la liaison transduction du message.
3.1. Les Récepteurs Membranaires
Trois types de réponses cellulaires :
Électrophysiologique (très rapide, <1s) : récepteurs canaux-ioniques.
Métabolique (rapide, ~1min) : modifications post-traductionnelles des protéines.
Transcriptionnelle (lente, ~heures) : activation/inhibition de l'expression des gènes.
Produisent souvent unsecond messager ou des cascades de phosphorylation.
Structure des récepteurs membranaires (glycoprotéines transmembranaires) :
Région extracellulaire (glycosylée) : reconnaissance et fixation.
Région transmembranaire (hydrophobe) : ancrage.
Région intracellulaire : événements biochimiques (transduction).
Un ligand peut avoir plusieurs types de récepteurs.
Trois grands types de récepteurs cellulaires :
Récepteurs canaux-ioniques : transducteurs eux-mêmes.
Récepteurs enzymes : transducteurs eux-mêmes.
Récepteurs couplés à des effecteurs distincts : nécessitent d'autres protéines.
3.1.1. Les Récepteurs Canaux-ioniques
Protéines transmembranaires hétéro-oligomériques.
Possèdent une double fonction : reconnaissance du signal et effecteur (forment le pore central).
Les ions passent quand le récepteur est activé/ouvert.
Localisation : synapses et plaques motrices.
Nature du flux ionique :
Cations (Na, Ca) Dépolarisation (Activation).
Anions (Cl) Polarisation (Inhibition).
3.1.1.1. Récepteur Activateur : Récepteur nicotinique de l'acétylcholine
Canal cationique non sélectif (Na, Ca entrent ; K sort).
10 000 Na/sec.
Localisation : plaques motrices des jonctions neuromusculaires.
Agoniste : nicotine ; Antagoniste : curare.
Structure : 5 sous-unités protéiques (2, 1, 1, 1), chacune 4 segments transmembranaires (M1-M4). Les segments M2 délimitent le canal.
Sites de liaison pour l'acétylcholine sur les sous-unités .
3.1.1.2. Récepteur Inhibiteur : Récepteur du GABA
Canal anionique sélectif (Cl entre).
Exprimé au niveau du SNC.
Agonistes : benzodiazépines (ex: Valium).
Structure : similaire au récepteur nicotinique (5 sous-unités, 4 segments transmembranaires). Grande variété (7 types de sous-unités : ).
GABA se fixe sur les sous-unités .
3.1.2. Les Récepteurs Enzymes
Protéines transmembranaires (monomères, dimères, tétramères).
Doublefonction : reconnaissance du signal et effecteur enzymatique.
NH extracellulaire (réception) ; COOH intracellulaire (transduction).
Trois familles selon l'activité enzymatique :
3.1.2.1. Récepteurs à activité tyrosine kinase
Exemples : récepteurs de facteurs de croissance, récepteur de l'insuline et IGF.
Pas de réponse électrophysiologique.
Récepteur de l'insuline : tétramère (deux hétérodimères liés par ponts disulfures).
Sous-unités (extramembranaires) : liaison de l'insuline.
Sous-unités (transmembranaire) :domaine intracellulaire avec activité tyrosine kinase.
Mécanisme : Insuline se fixe sur changement de conformation activation kinasique des autophosphorylation des tyrosines des .
Le récepteur phosphorylé recrute et phosphoryle des protéines substrats cascade d'événements biochimiques réponse rapide (post-transcriptionnelle).
3.1.2.2. Récepteurs à activité sérine-thréonine kinase
Exemple : récepteurs du TGF- (transforming growth factor-).
Tétramère de 4 sous-unités transmembranaires (RI et RII), chacune avec activité sérine-thréonine kinase.
Mécanisme : Autophosphorylation des régions intracellulaires phosphorylation de facteurs protéiques de transcription.
3.1.2.3. Récepteurs à activité guanylate cyclase
Récepteurs des peptides natriurétiques.
Homodimère transmembranaire.
Activation de la guanylate cyclase (intracellulaire) par fixation du peptide (extracellulaire) synthèse de GMP cyclique (second messager) à partir de GTP.
3.1.3. Les Récepteurs Couplés à des Effecteurs Distincts
Fonction unique de réception, nécessitent d'autres protéines pour la transduction.
3.1.3.1. Récepteurs couplés à des protéines G(RCPG ou récepteurs serpentins)
Liaisons indirectes récepteur-lien-enzyme.
Possèdent 7 segments transmembranaires.
La protéine G est la molécule de couplage entre le récepteur etla protéine effectrice.
Effecteurs principaux : adénylate cyclase et phospholipase C.
Protéine G : hétérotrimère (). Sous-unités et ancrées à la membrane.
Sous-unité (G) : activité GTPasique lente, fixe le GTP.
Activation : Liaison hormone changement de conformation du RCPG G échange GDP contre GTP G-GTP se dissocie de G.
G-GTP active la protéine enzymatique effectrice.
Inactivation : Hydrolyse du GTP en GDP par G G-GDP +G se reforment.
Différentes protéines G :
Gs : active l'adénylate cyclase.
Gi : inhibe l'adénylate cyclase.
Gq : active la phospholipase C.
Adénylate cyclase :
Protéine intégrale membranaire (12 segments transmembranaires).
Synthétise l'AMP cyclique (second messager) à partir d'ATP.
L'AMP cyclique active la protéine kinase A (PKA, une sérine-thréonine kinase) phosphorylation de protéines cytosoliques et nucléaires.
Phospholipase C :
Ancrée à la face interne de la membrane.
Hydrolyse le phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP2) en deux seconds messagers :
Inositol-1,4,5-triphosphate (IP3) : libéré dans le cytosol, active canal calcique sur le Réticulum Endoplasmique libération de Ca dans le cytosol.
Diacylglycérol (DAG) : reste ancré à la membrane, active la protéine kinase C (PKC, une sérine-thréonine kinase, nécessite Ca).
Exemple : L'adrénaline possède différents récepteurs :
Récepteurs -adrénergiques couplés à Gq.
Récepteurs -adrénergiques couplés à Gs.
3.1.3.2. Récepteurs couplés à des tyrosines kinases
Récepteur monomère lié en intracellulaire à une protéine enzymatique à activité tyrosine kinase.
Mécanisme : Fixation du ligand dimérisation du récepteur phosphorylation croisée des domaines intracellulaires.
Le récepteur phosphorylé recrute et phosphoryle des protéines substrats (facteurs de transcription) via la tyrosine kinase associée.
3.2. Les Récepteurs Nucléaires
Modulent la transcription des gènes.
Protéines solubles activées par liaison de la molécule informative.
Localisation : généralement dans le noyau (sauf récepteur des glucocorticoïdes, dans le cytosol).
Fonctionnent comme des facteurs de transcription.
Ne se lient à l'ADN et ne s'activent qu'en présence de la molécule informative.
Trois domaines principaux :
Région N-terminale : domaine de régulation de la transcription.
Région C-terminale : domaine de liaison de l'hormone.
Région contigüe à N-terminale : domaine de liaison à l'ADN.
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