Communication intracellulaire

Une cellule avec ses nombreuses molécules d’ADN, d’ARN et de protéines différentes est très différente d’un tube à essai contenant les mêmes composants. Lorsqu’une cellule est dissoute dans un tube à essai, des milliers de différents types de molécules se mélangent au hasard. Dans la cellule vivante, cependant, ces composants sont conservés dans des endroits spécifiques, reflétant le haut degré d’organisation essentiel à la croissance et à la division de la cellule. Le maintien de cette organisation interne nécessite un apport continu d’énergie, car les réactions chimiques spontanées créent toujours une désorganisation. Ainsi, une grande partie de l’énergie libérée par l’hydrolyse de l’ATP alimente les processus qui organisent les macromolécules à l’intérieur de la cellule.

Lorsqu’une cellule eucaryote est examinée au microscope électronique à fort grossissement, il devient évident que des organites spécifiques liés à la membrane divisent l’intérieur en une variété de sous-compartiments. Bien qu’il ne soit pas détectable au microscope électronique, il ressort clairement des analyses biochimiques que chaque organite contient un ensemble différent de macromolécules. Cette ségrégation biochimique reflète la spécialisation fonctionnelle de chaque compartiment. Ainsi, les mitochondries, qui produisent la majeure partie de l’ATP de la cellule, contiennent toutes les enzymes nécessaires pour effectuer le cycle de l’acide tricarboxylique et la phosphorylation oxydative. De même, les enzymes dégradantes nécessaires à la digestion intracellulaire des macromolécules indésirables sont confinées aux lysosomes.

Il ressort clairement de cette ségrégation fonctionnelle que les nombreuses protéines différentes spécifiées par les gènes du noyau cellulaire doivent être transportées dans le compartiment où elles seront utilisées. Sans surprise, la cellule contient un vaste système lié à la membrane consacré au maintien de cet ordre intracellulaire. Le système sert de bureau de poste, garantissant le bon acheminement des macromolécules nouvellement synthétisées vers leurs destinations appropriées.

Toutes les protéines sont synthétisées sur des ribosomes situés dans le cytosol. Dès que la première partie de la séquence d’acides aminés d’une protéine émerge du ribosome, elle est inspectée pour détecter la présence d’une courte séquence signal du réticulum endoplasmique (ER). »Ces ribosomes fabriquant des protéines avec une telle séquence sont transportés à la surface de la membrane ER, où ils terminent leur synthèse; les protéines fabriquées sur ces ribosomes sont immédiatement transférées à travers la membrane ER à l’intérieur du compartiment ER. Les protéines dépourvues de la séquence signal ER restent dans le cytosol et sont libérées des ribosomes lorsque leur synthèse est terminée. Ce processus de décision chimique place certaines chaînes protéiques nouvellement complétées dans le cytosol et d’autres dans un vaste compartiment délimité par une membrane dans le cytoplasme, ce qui représente la première étape du tri des protéines intracellulaires.

Les protéines nouvellement créées dans les deux compartiments cellulaires sont ensuite triées en fonction de séquences de signaux supplémentaires qu’elles contiennent. Certaines des protéines du cytosol y restent, tandis que d’autres vont à la surface des mitochondries ou (dans les cellules végétales) des chloroplastes, où elles sont transférées à travers les membranes dans les organites. Les sous-signes sur chacune de ces protéines désignent alors exactement où dans l’organite la protéine appartient. Les protéines initialement triées dans l’ER ont une gamme encore plus large de destinations. Certains d’entre eux restent aux urgences, où ils font partie de l’organite. La plupart pénètrent dans des vésicules de transport et passent à l’appareil de Golgi, des organites séparés délimités par une membrane qui contiennent au moins trois sous-compartiments. Certaines des protéines sont retenues dans les sous-compartiments du Golgi, où elles sont utilisées pour des fonctions propres à cet organite. La plupart finissent par pénétrer dans des vésicules qui quittent le Golgi pour d’autres destinations cellulaires telles que la membrane cellulaire, les lysosomes ou des vésicules sécrétrices spéciales. (Pour plus de détails, voir ci-dessous Membranes internes.)