Lysosome - Voici un cours de Licence L1 Sciences de la Vie de l\'université de Tours sur PDF

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Summary

Voici un cours de Licence L1 Sciences de la Vie de l'université de Tours sur les lysosomes ainsi que son fonctionnement dans la cellule....

Description

Le lysosome : structure, fonction, maladies associées Le lysosome est une usine de traitement des déchets. Les lysosomes ne sont pas visibles en microscopie optique, ont nécessitent l’utilisation d’un miscroscope électronique pour pouvoir les observer (cf fiche microscope).

I. Structure  Forme : Les lysosomes sont des vésicules à membrane unique comme le réticulum endoplasmique, l’appareil de golgi etc... Les compartiments à doubles membranes sont le noyau, les mitochondries et les chloroplastes. Il existe les lysosomes primaires (ceux qui viennent juste d’être synthétisés) et les lysosomes secondaires (possèdent des structures en décomposition). Les lysosomes, délimités par une seule membrane plasmique, donc une bicouche de phospholipides, possèdent à l’intérieur un ensemble d’enzymes hydrolytiques. La taille de ce lysosome varie entre 0,2 à 0,5 µm.

 Formation : Ils proviennent de l’appareil de golgi par la formation des vésicules. Les vésicules vont bourgeonner à partir de l’AG, et ensuite c’est cela qui va permettre de former les lysosomes qui sera plus mature. À l’intérieur, on va avoir une accumulation d’enzymes lytiques qui sont toutes marquées par le Man6P (mannose-6-phosphate). On a comme exemple d’enzymes les -ases (cela signifique que cela va être dégradé), donc les lipases (dégradation de lipides), les osidases (dégradation des oses, donc des sucres), des protéases (dégradation des protéines), des nucléases (dégradation des acides nucléiques). On aura une dégradation du matériel par ces enzymes lytiques, et ce matériel dégradé peut être réutilisé par la cellule. Le matériel qui n’est pas réutilisé (déchets) par la cellule sera éliminé à l’extérieur de la cellule. À l’intérieur des lysosomes, on possède tout ce qu’il nous faut pour dégrader, digérer une cellule.

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Au niveau de l’appareil de golgi, on aura l’addition de M6P sur les protéines qui doivent être adressés dans le lysosome. Ce M6P est capturé par un récepteur membranaire qui seront tous rassemblés à un même endroit et qui permettront d’avoir le bourgeonnement d’une vésicule qui sera recouverte par de la clathrine, puis on a perte du manteau de clathrine, la vésicule est dite nue, qui va aller au niveau du lysosome. Le lysosome possède un pH acide (=5) ce qui va permettre de dissocier le ligand du récepteur grâce au pH acide, les récepteurs vont être recyclés vers l’AG. Le pH acide est maintenu par une pompe à protons qui va permettre grâce à l’énergie lié à l’hydrolyse de l’ATP (ATP hydrolisé en ADP + Pi) de libérer de l’énergie et faire rentrer des protons contre le gradient de concencetration, on a une pompe ATP dépendant. Lipases, osidases protease et (digérer lipides,sucres et protéine)

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Répartition : La répartition du lysosome peut être étudiée grâce à l’acidité de ce compartiment. On peut l’étudier par des fluorochromes qui sont pH dépendant.On a des fluorochromes qui vont reconnaître des lysosomes au pH 5, et vont apparaître rouge dans le cytoplasme de la cellule, mais on retrouve également des fluorochromes qui vont reconnaître des lysosomes au pH de 5,5 - 6, qui vont apparaître en vert. Cette fluorescence n’est pas homogène, diffuse dans le cytoplasme de la cellule, et permet de nous montrer la forme de ces lysosomes. Il n’y a pas de localisation spécifique des lysosomes dans la cellule, il y en a partout.

Comment peut-on expliquer le pH très acide du lysosome ? Cela s’explique par la présence de pompes à protons. On a plus de protons à l’intérieur du lysosome que l’on en a dans le cytosol, et nous on veut quand même continuer à 2

faire rentrer des protons, des ions H+ (donc contre le gradient de concentration) par le biais d’énergie (hydrolyse de l’ATP en ADP + Pi) ce qui va permettre de renforcer le gradient de concentration et d’avoir un pH à 5. Au niveau des lysosomes, si les enzymes s’échappent dans le cytosol, ils ne seront pas actifs car le pH du cytosol est de 7,2 environ. Ce qui entre à l’intérieur du lysosome, c’est des protéines de membrane du lysosome, et des enzymes lysosomiales. Ce qui sort du lysosome, c’est les produits de digestion, vers le cytosol et peuvent donc être réutilisés par la cellule.

II. Fonctions des lysosomes: Les fonctions lysosomiales interviennent dans trois voies, mécanismes d’élimination ou de dégradation. Le lysosome peut intervenir pour:  Éliminer les pathogènes: La cellule (et non pas le lysosome) est capable de capture des bactéries selon un mécanisme de phagocytose. La bactérie vont êtres enveloppé par une membrane, on parle alors de phagosome. Ce phagosome va fusionner avec un lysosome, et grâce aux enzymes lytiques présent dans ce dernier, la bactérie va pouvoir être dégradée, éliminée. C’est la première ligne de défense dans notre organisme permettant d’éliminer un certains nombres de bactéries.  Éliminer les organites «usés»: L’autophagie est une autre voie de dégradation («on se mange nous-même» : autophagie). Les mitochondries trop usés, qui fonctionnent mal, sont reconnus comme tels, et vont être capturés par des membranes qui vont fusionnés autour de ces mitochondries pour donner des autophagosomes qui vont fusionner avec les lysosomes permettant ainsi leurs dégradations.  Éliminer les déchets de la cellule: Une fois que les mitochondries et les bactéries sont dégradées, il va falloir éliminer les déchets, et cela se fait par exocytose, voie qui n’est pas marquée dans le schéma. Mais à partir du lysosome, on a une excrétion dans le milieu extérieur pour pouvoir éliminer les déchets de la cellule.

Ici on peut observer une mitochondrie défectueuse proche du RE qui va être entourée par des vésicules/membranes qui vont fusionner pour finir par donner un autophagosome qui pourra en présence du lysosome fusionner pour dégrader tout le matériel qu’il y a l’intérieur et le libérer à l’extérieur de la cellule les 3

déchets. C’est au niveau de l’AG que les enzymes lytiques vont être synthétisés et vont donc être accumulés dans les lysosomes. La cellule est capable dans un processus où on trouve un récepteur d’avoir une fixation du ligand sur le récepteur qui vont s’adresser par le biais d’endocytose aux endosomes précoces, puis aux endosomes tardifs pour avoir une dégradation de ces éléments.

Ici, on peut apercevoir la capture d’une mitochondrie qui se retrouve enveloppée par du réticulum endoplasmique, qui va former une vésicule autophagique qui va se fusionner avec un lysosome. A l’ntérieur de ce lysosome autophagique, on va avoir une dégradation de cette mitochondrie et les éléments qui sont bons pour la cellule vont être libérer dans le cytosol, et ceux qui sont mauvais vont être éliminer comme déchets à l’extérieur de la cellule. On retrouve la présence d’une bactérie qui est capturée dans la cellule : on aura la formation d’un phagosome par phagocytose, et après fusion de ce dernier avec le lysosome, la bactérie va être dégradée par le lysosome, les bons éléments vont être libérer dans le cytosol alors que les mauvais vont être éliminés comme déchet à l’extérieur de la cellule.

Différentes formes de lysosomes :

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Lysosomes secondaires détectés par révélation cytochimique de la phosphatase acide (elle est présente à l’intérieur des lysosomes et c’est un marquage spécifique qui va nous permettre d’identifier tous les lysosomes à l’intérieur de la cellule)

Image d’autophagie. On observe une grosse vésicule dans lequel il y a deux autres éléments qui sont en voie de dégradation, on voit à gauche une mitochondrie (crêtes mitochondriales) et à droite un péroxysome grâce à sa structure cristalloïde.

III. Les maladies associées : Il existe 50 maladies rares associées aux lysosomes. Le lysosome défaillant ne sait plus éliminer ou recycler les particules de la cellule. Peu à peu, l’accumulation perturbe son activité. Sa mission ne pouvant être accomplie, il ne se dégrade pas. La cellule continue à fabriquer de nouveaux lysosomes défaillants. Peu à peu ils vont surcharger la cellule, ce qui va la déformer et entraîner des modifications dans l’organisme. => Maladies de surcharge

Un exemple de morphololgie de lysosomes observée dans les fibroblastes de peau de patients atteints de mucolipidose II (image 2) versus des individus sains (image 1)

Image 1 (individu sain: WT) - On observe une cellule, avec un noyau polylobé. Image 2 (individu malade mucolipidose II: MLII) - on observe une cellule, avec un noyau - au niveau de cytoplasme, on retrouve énormément de vésicules qui contiennent d’autres éléments qui ont l’air d’avoir été capturés. - ces vésicules possèdent des résidus membranaires et d’autres éléments qui peuvent être des mitochondries, des organites usés etc.. mais on voit bien que la cellule est incapable de les éliminées, donc la cellule va fabriquer de plus en plus de lysosomes pour stocker le matériel usé, mais le matériel usé ne sera jamais éliminé. 5

Écouter interprétation dans l’audio de 41 minutes environ jusqu’à 45.

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