Les fixations sur récepteur cellulaire
Dernière mise à jour : 2021.11.19
Beaucoup de substances (surtout d'origine endogène telles que les hormones mais également d'origine exogène telles que les substances odorantes et aromatisantes...) sont des messagers biochimiques qui transmettent l'information dans l'organisme :
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les hormones n'apportent aucune modification au métabolisme cellulaire intrinsèque ; elles modifient bien la vitesse des réactions biochimiques intracellulaires ou elles activent des processus cellulaires arrêtés en activant, par phosphorylation, certaines enzymes.
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l'hormone agit ici comme premier messager et utilise dans la cellule un ou plusieurs seconds messagers. La substance la plus utilisée pour la transmission d'information intracellulaire est l'AMP cyclique (AMPc).
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des troubles hormonaux se manifestent lorsqu'une certaine hormone empêche la signalisation d'autres hormones.
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Une grande partie de la communication entre nos différents organes passe par des récepteurs couplés aux protéines G. Suite à la détection d'un signal spécifique, ils changent de conformation, activent des signaux biochimiques à l'intérieur de la cellule, et déclenchent une réaction métabolique adaptée. En résumé, ce sont des relais. Ces récepteurs sont enchâssés dans la membrane de la cellule, composée d'une double couche de lipides, et la façon dont chaque récepteur interagit avec son environnement, doit certainement jouer un rôle essentiel dans leur activité. La composition en lipides de la membrane cellulaire peut varier d'une cellule à l'autre en fonction de l'organe. Cela peut être important étant donné que certains types de lipides sont capables d'activer ce récepteur et d'autres de l'inactiver.
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les substances odorantes p. ex. se fixent sur un récepteur cellulaire qui libère ensuite à l'intérieur de la cellule une protéine (la protéine G) qui est couplée au récepteur ; par intermédiaire d'une enzyme et d'une autre protéine, les canaux ioniques dans la membrane cellulaire s'ouvrent. La différence de potentiel ainsi créée provoque la propagation de l'influx nerveux à travers la membrane cellulaire et la conduction d'une cellule à l'autre le long de l'axone vers le centre de l'olfaction (de l'odorat) dans le cerveau. Ici, en contact direct avec le système limbique (impliqué dans l'interprétation des émotions, des humeurs et de la mémoire), l'influx nerveux est traduit dans un "print" olfactif. Ce schéma est ensuite transmis vers d'autres parties du cerveau...
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autres exemples : ce mécanisme va contribuer à
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accélérer le rythme cardiaque devant un danger,
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quand la lumière vient frapper la rétine, déclencher un influx nerveux qui va tout simplement nous permettre de voir.
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Des agents étrangers (médicaments p. ex.) mais également des substances alimentaires (acides aminés p. ex.) peuvent se fixer sur les mêmes protéines-récepteurs extracellulaires. Des protéines de transport amènent ces substances à l'intérieur de la cellule. Des transcepteurs font les deux : détecter des aliments, les fixer et les transporter vers l'intérieur 
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Sommaire :
La fixation sur récepteur intracellulaire
La fixation sur récepteur extracellulaire
Le système de cascade des phosphatidylinositols
Le système de cascade de l'adénylate cyclase
Contenu :
La fixation sur récepteur intracellulaire :
Après leur passage de la membrane cellulaire, certaines hormones se fixent sur des récepteurs intracellulaires : c'est une caractéristique des hormones thyroïdiennes et stéroïdiennes. L'activation de tels récepteurs aboutit dans l'expression d'un gène par transcription d'une certaine partie de l'ADN et sa traduction par l'ARNm.
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dans le cas des hormones stéroïdiennes, les récepteurs se trouvent dans le cytoplasme ; le complexe formé par l'hormone-récepteur doit diffuser ensuite vers le noyau.
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dans le cas des hormones thyroïdiennes, les récepteurs se trouvent déjà au niveau du noyau.
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Ce type de transfert de messages biochimiques n'exigent pas d'intervention d'un second messager (voir plus loin).
La fixation sur récepteur extracellulaire :
= La fixation sur récepteur membranaire
Contrairement aux hormones thyroïdiennes et stéroïdiennes, la plupart des autres hormones agissent par fixation sur des récepteurs situés au niveau de la membrane plasmatique de la cellule. Chaque interaction ligand-récepteur (= une protéine membranaire, qui peut être activée par une molécule ligand (hormone...)) provoque via une stimulation extracellulaire une amplification d'un signal intracellulaire : elle déclenche une cascade de réactions enzymatiques.
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Le premier messager se fixe dans la milieu extracellulaire sur un récepteur spécifique situé sur la membrane cellulaire p. ex. d'une cellule hépatique : comme dans la théorie des dominos, le récepteur extracellulaire activé par une hormone initialise une autre protéine intracellulaire, le second messager (p. ex. tyrosine kinases, protéines G), qui active une autre protéine (resp. récepteurs de facteurs de croissance, récepteurs de cytokines et d'adénylate cyclase, de la phospholipase C) etc...; ces réactions induisent donc une cascade de réactions biochimiques ce qui au final se manifeste par une réponse cellulaire : l'activation ou l'inactivation de l'enzyme qui p. ex. hydrolyse le glycogène.
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Note : protéine G = protéine qui utilise l'échange de GDP en GTP comme un interrupteur moléculaire
L'adrénaline peut, en cas de stress p. ex., stimuler les cellules hépatiques à hydrolyser (partiellement) la réserve de glycogène en glucose, qui est ensuite libéré dans le sang. (voir plus loin).
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Le second messager produit les effets finaux du premier messager (hormone...) sur :
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l'activité enzymatique du métabolisme
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activation ou
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inhibition de l'activité enzymatique
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la synthèse protéique
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protéines
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enzymes
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croissance cellulaire
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le transport transmembranaire (p. ex. l'entrée de Ca)
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le transport intracellulaire
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l'expression des gènes : synthèse d'ADN et d'ARN
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croissance cellulaire
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différenciation cellulaire
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Voir aussi : "La régulation hormonale des processus métaboliques".
Voir aussi : "La régulation du métabolisme lipidiques".
Voir aussi : "La régulation du métabolisme glucidique".
Note :
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un ligand : un messager chimique qui se lie à un récepteur membranaire qui est couplé aux protéines G ; p.ex. l'adrénaline (il n'entre donc pas dans la cellule!).
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les protéines G sont des protéines qui fixent le GTP et qui permettent le transfert d'informations à l'intérieur de la cellule, en utilisant l'échange GDP en GTP comme signal moléculaire pour déclencher ou inhiber des réactions biochimiques dans la cellule par intermédiaire d'un second messager (le GTP est analogue à l'ATP).
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l'AMPc (adénosine monophosphate cyclique, un second messager intracellulaire, qui exécute le message du premier messager extra-cellulaire) : l'action d'AMPc dans la cellule est exprimée par la transformation des phosphokinases inactives en enzymes actives. L'AMPc est ensuite dégradée en AMP via la phosphodiestérase (activée par les ions calciques et freinée par la caféine (café), le F (thé), le Hg (poissons intoxiqués) et par la théophylline).
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la protéine kinase : est une enzyme composée de 2 parties : une partie régulatrice et une partie catalysante ; lorsque les deux parties sont liées, la protéine kinase n'est pas active.
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l'AMPc sépare les deux parties,
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la partie catalysante stimule par phosphorylation certaines enzymes métaboliques inactives
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ces enzymes phosphorylées et donc activées peuvent maintenant participer à des réactions biochimiques (stimulation ou inhibition selon le besoin).
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Le système de cascade des phosphatidylinositols :
Dans ce système, une hormone (p. ex. l'insuline) joue le rôle de premier messager. Ce dernier se fixe sur la surface de la cellule et influence, via la phospholipase C, les processus métaboliques intracellulaires de deux seconds messager intervenants, qui transmettent les signaux vers un système enzymatique et aux réserves calciques : l'inositol 1.4.5 triphosphate (IP3) et la molécule restante, le diacylglycérol (DAG) (voir aussi : "Inositol").
Le système de cascade des phosphatidylinositols est impliqué dans les effets suivants :
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la sécrétion d'insuline par les cellules bêta pancréatiques
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la sécrétion d'histamine par les mastocytes
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la libération de sérotonine par les plaquettes sanguines
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l'agrégation plaquettaire
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la sécrétion d'adrénaline par les cellules chromaffine (dans les surrénales)
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la contraction des muscles lisses
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...
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Le système de cascade de l'adénylate cyclase :
Dans ce système, le premier messager, p. ex. une hormone telle que adrénaline/noradrénaline se fixe sur un récepteur bêta- ou alpha-adrénergique de la membrane cellulaire ; la fixation à un récepteur bêta entraîne une stimulation et à un récepteur alpha une inhibition.
Ces récepteurs membranaires sont couplés à des protéines (des protéines G) qui fixent le GTP et qui permettent le transfert d'informations à l'intérieur de la cellule, en utilisant l'échange GDP en GTP comme signal moléculaire pour moduler l'activité de l'adénylate cyclase. L'activation de l'adénylate cyclase peut entraîner ou freiner la conversion d'ATP vers le second messager intracellulaire, l'AMPc :
La CASCADE :
Chaque récepteur, activé par un seul ligand, peut à son tour activer plusieurs protéines G :
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chacune de ces protéines G active la adénylate cyclase, une enzyme calcium dépendante dans la couche lipidique intérieure de la membrane cellulaire
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chaque adénylate cyclase synthétise l'AMPc depuis l'ATP
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chaque molécule d'AMPc active, comme messager secondaire, une molécule protéine kinase (PKA)
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chaque protéine kinase catalyse le transfert d'un groupe phosphate sur les acides aminés d'une certaine enzyme (protéine) afin de l'activer ou de l'inhiber...
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chaque enzyme intervient dans la synthèse de molécules spécifiques telles que la synthèse de glucose à partir du glycogène
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finalement, l'AMPc est à l'intérieur de la cellule dégradé en AMP par l'enzyme AMPc phosphodiestérase
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(énergie consommée : 1 ATP)
Les hormones utilisant la cascade d'adénylate cyclase avec l'AMPc comme messager secondaire :
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le Glucagon (pancréas) : la glycogénolyse dans les cellules hépatiques
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---> Activation par le GTP via la GTPase inositol dépendante,
---> Activation de la cascade de l'adénylate cyclase qui converse l'ATP ---> via la phosphodiestérase inositol dépendante ---> AMPc indispensable dans la
---> Conversion du glycogène en glucose
---> Cycle de Krebs
---> production d'ATP
Puisque la cellule peut faire varier la production de l'hormone inhibitrice (p. ex. l'insuline), elle peut également contrôler la production d'AMPc. La cellule peut donc déterminer la concentration d'AMPc cytoplasmique. Etant donné que la production du glucose dépend de la concentration d'AMPc, la cellule peut également déterminer la glycémie. La concentration de glucose dans le sang (glycémie) est fonction de la disponibilité de l'adrénaline.
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la calcitonine (glande thyroïde)
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la parathormone (glande parathyroïde), métabolisme calcique dans le lobe antérieur hypophysaire : active la production de T3 et de T4
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les gonadotrophines (pendant la grossesse)
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la corticotrophine (ACTH hypophysaire, stimulation de la production d'hormones surrénales)
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l'épinéphrine (adrénaline) dans le cortex surrénal
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la norépinéphrine (noradrénaline)
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la FSH dans l'hypophyse (Follikel Stimulating Hormone)
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la LH dans l(hypophyse (Luteinizing Hormone)
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la MSH hypophysaire (Melanocyte Stimulating Hormone) : influence directe sur la pigmentation...
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la TSH hypophysaire (Thyroïd Stimulating Hormone)
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la vasopressine (hormone antidiurétique) dans l'hypophyse
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la lipotropine
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la sécrétine intestinale pour la libération de bicarbonate par le pancréas (voir : "Equilibre acido-basique, régulation)
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Terrains d'action de la protéine kinase C :
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la phosphorylation de la glycogène synthase (arrête la synthèse de glycogène, la glycogenèse)
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le contrôle de la division et prolifération cellulaire
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l'activation de l'échange Na+/H+ (contrôle du pH intracellulaire)
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l'augmentation de la transcription de gènes spécifiques
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la phosphorylation de l'acide aminé tyrosine
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la libération de la TSH (Thyroïd Stimulating Hormone)
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