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Les cellules eucaryotes sont enveloppées dans une membrane plasmique qui protège l’intérieur de la cellule. Bien que cette barrière soit sélectivement perméable, elle permet le passage de certaines substances essentielles au fonctionnement cellulaire.
La membrane plasmique est constituée d'une bicouche phospholipidique qui équilibre les surfaces extérieures hydrophiles avec un noyau hydrophobe. Incorporées dans cette bicouche se trouvent des protéines qui régulent le flux de molécules entrant et sortant de la cellule.
Les protéines se répartissent en deux catégories :les protéines extrinsèques qui ne couvrent qu'une partie de la bicouche et les protéines intrinsèques ou transmembranaires qui traversent la totalité de la couche. Ensemble, ces protéines représentent environ la moitié de la masse d'une membrane et peuvent se déplacer librement ou rester ancrées, selon leur rôle.
Les cellules s'appuient sur un éventail de mécanismes de transport (osmose, diffusion passive, diffusion facilitée et transport actif) pour acquérir les nutriments et expulser les déchets. Ces processus sont médiés par des protéines membranaires qui agissent comme des canaux, des transporteurs ou des pompes.
Le transport passif ne nécessite pas d'énergie cellulaire. Les petites molécules telles que l’eau, les ions, l’oxygène et le dioxyde de carbone peuvent se déplacer selon des gradients de concentration par simple diffusion ou osmose. La diffusion facilitée utilise des protéines porteuses qui se lient à des molécules spécifiques, subissent des changements de conformation et libèrent leur cargaison du côté opposé de la membrane.
Lorsque les molécules doivent se déplacer contre un gradient de concentration ou posséder une charge importante, les cellules utilisent le transport actif. Les protéines porteuses ou pompes pilotées par l'ATP se lient au substrat, exploitent l'énergie et transportent la molécule à travers la membrane.
Au-delà des protéines membranaires, plusieurs organites orchestrent le mouvement des molécules au sein de la cellule. Ces organites, qui font partie du système endomembranaire, utilisent le trafic vésiculaire et des machines de transport spécialisées.
Réticulum endoplasmique (RE) produit et intègre des protéines membranaires et sécrétoires. Les translocons du RE, tels que Sec61, forment des canaux qui guident les polypeptides naissants dans ou à travers la membrane du RE. Une fois à l'intérieur, les protéines sont repliées et modifiées avant d'être conditionnées dans des vésicules pour être transportées vers d'autres organites ou vers la membrane plasmique.
Appareil de Golgi affine les protéines reçues du RE en ajoutant des groupes de glucides et en les triant en vésicules. Les protéines d'enveloppe comme la clathrine façonnent ces vésicules, assurant une distribution précise à la surface cellulaire ou aux lysosomes.
Mitochondries possèdent un système à double membrane. Alors que la membrane externe est perméable aux petites molécules, la membrane interne abrite de nombreuses protéines qui assurent l'importation de métabolites essentiels et l'exportation d'ATP, permettant ainsi la production d'énergie.
Peroxysomes spécialisé dans la β-oxydation des acides gras et la détoxification du peroxyde d’hydrogène. Des études récentes ont découvert de larges pores qui permettent aux protéines repliées de pénétrer dans les peroxysomes, guidées par des signaux de ciblage peroxysomaux spécifiques.
Comprendre ces voies de transport complexes éclaire les bases cellulaires de nombreuses maladies liées à un mauvais repliement des protéines ou à des défauts de transport, et offre des pistes d'intervention thérapeutique.