Lorsque l'épinéphrine se lie aux récepteurs à la surface des cellules, elle stimule la production du second messager , l'AMPc, qui augmente alors la production de cortisol. Lorsqu'il est libéré dans le sang, le cortisol déclenche diverses réponses cellulaires dans différentes parties du corps, ce qui entraîne une augmentation de la pression artérielle et du taux de sucre dans le sang, ainsi que la suppression du système immunitaire.
Qu'est-ce qu'un second messager ? Nous allons définir ici ce qu'est un second messager, décrire sa fonction dans la transduction des signaux et citer des exemples de seconds messagers.
Les systèmes de second messager dans la transduction des signaux
Lasignalisation cellulaire est le processus par lequel une molécule de signalisation appelée ligand se lie à une protéine réceptrice dans ou sur la cellule cible, déclenchant une réponse cellulaire spécifique telle que la croissance ou la mort de la cellule .
Lesligands petits et hydrophobes ou non polaires, y compris les hormones stéroïdes comme la testostérone et la progestérone, peuvent traverser l' intérieur hydrophobe de la membrane plasmique afin de se lier aux récepteurs intracellulaires (ou récepteurs internes) dans le cytoplasme et d'influencer directement l'ADN .
En revanche, les ligands hydrophiles ou polaires tels que les hormones dérivées des acides aminés ne peuvent pas traverser la membrane plasmique ; ils doivent donc transmettre le signal à d'autres récepteurs ou messagers par le biais d'un processus appelé transduction du signal.
Leréseau par lequel un signal est transmis via l'activation (ou la désactivation) séquentielle de protéines réceptrices ou de seconds messagers s 'appelle lavoie de transduction du signal.
Définition du second messager en biologie
Dans une voie de transduction du signal, les seconds messagers sont de petites molécules non protéiques ou des ions qui transmettent un signal qui a été généré lorsque le ligand se lie au récepteur à la surface de la cellule.
Les seconds messagers contribuent à la transmission du signal à l'intérieur de la cellule en modifiant l'activité des protéines cellulaires cibles. Parce qu'ils sont petits, les seconds messagers peuvent rapidement se répandre dans la cellule par diffusion.
Les seconds messagershydrosolubles comme l'AMPc se diffusent dans le cytosol (le liquide qui remplit l'intérieur d'une cellule), tandis que les seconds messagers liposolubles comme le diacylglycérol (DAG) se diffusent dans la région interne de lamembrane plasmiqueoù se trouvent d'autres protéines de signalisation .
N'oublie pas que la voie de transduction du signal implique plusieurs messagers et récepteurs. Les seconds messagers sont appelés ainsi parce que les ligands, qui sont des molécules de signalisation externes, sont considérés comme les "premiers messagers".
Cependant, le terme "second messager" peut prêter à confusion car il peut y avoir de nombreux messagers différents dans une voie de transduction de signal. Et ce que nous appelons "deuxième messager" peut très bien être le huitième messager de la voie !
Fonction du deuxième messager
Comme nous l'avons déjà mentionné, la transduction des signaux peut s'effectuer de deux façons. La première consiste à recruter des protéines réceptrices. Les protéines ont la capacité d'effectuer des interactions spécifiques avec d'autres protéines, c'est pourquoi elles remplissent des fonctions plus complexes dans la transduction du signal. Au contraire, bien qu'ils ne puissent pas remplir de fonctions complexes, les seconds messagers sont beaucoup plus petits et plus mobiles, ce qui leur permet de relayer et d'amplifier rapidement les signaux dans l'ensemble de la cellule.
Ainsi, lorsqu'une réponse rapide et étendue est nécessaire, les seconds messagers sont plus fréquents dans la voie de transduction des signaux.
Les seconds messagers se lient à des cibles protéiques spécifiques, qu'ils modifient pour relayer les signaux en aval. Ces cibles sont généralement des enzymes dont l'activité catalytique est modifiée par la liaison des seconds messagers. Il est important de noter qu'un second messager ne se contente pas de relayer les signaux, mais les amplifie également en activant plusieurs protéines cibles.
Dans une voie, on désigne généralement lesinteractions qui ont lieu avant un certain point comme des événements en amont et les interactions qui ont lieu après ce certain point comme des événements en aval.
Exemples de seconds messagers
Discutons de quelques exemples marquants de seconds messagers. Nous aborderons ici les ions calcium, l'IP3, le DAG et l'AMPc.
Les ions calcium
Lesions calcium (Ca2+) sont souvent utilisés comme second messager par les cellules dans les voies qui sont activées par les récepteurs couplés aux protéines G et les récepteurs tyrosine kinases.
Les cellules ont tendance à avoir de très faibles concentrations de Ca2+ parce que les pompes ioniques de la membrane plasmique l'éliminent constamment à l'aide de l'adénosine-5'-triphosphate (ATP). Lorsqu'il n'est pas utilisé, le Ca2+ est stocké dans des vésicules cytoplasmiques du réticulum endoplasmique oudans des compartiments de stockage intracellulaires à l'extérieur de la cellule.
Au cours de la transduction des signaux, les canaux ioniques calciques ligandés permettent à de plus grandes quantités de Ca2+ présentes à l'extérieur de la cellule de s'écouler dans le cytoplasme, augmentant ainsi la concentration cytoplasmique de Ca2+.
L'augmentation du Ca2+ génère des réponses cellulaires variées, en fonction du type de cellule concerné. Par exemple, la signalisation du Ca2+ provoque la libération d'insuline dans les cellules β du pancréas, tandis qu'une augmentation du Ca2+ dans les cellules musculaires provoque des contractions musculaires. D'autre part, une augmentation du Ca2+ dans les cellules végétales peut entraîner le verdissement en réponse à la lumière.
Inositol triphosphate (IP3) et diacylglycérol (DAG)
La concentration de calcium dans le cytosol peut augmenter en réponse à un signal envoyé par une voie de transduction du signal qui permet au Ca2+ d'être libéré du réticulum endoplasmique de la cellule.
En amont, deux autres seconds messagers - letriphosphate d'ositol(IP3) et le diacylglycérol (DAG)- sont impliqués dans les voies qui mènent à la libération de Ca2+. Ces deux messagers sont créés dans la membrane plasmique par le clivage d'un type spécifique de phospholipide.
L'IP3 passe de la membrane plasmique au cytoplasme où il se lie aux canaux calciques ligandés présents dans le réticulum endoplasmique, provoquant la libération d'ions Ca2+ qui poursuivent la cascade de signaux. D'autre part, le diacylglycérol (DAG) reste dans la membrane plasmique où il active la protéine kinase C (PKC). La PKC activée phosphoryle ensuite les résidus de sérine et de thréonine dans ses protéines cibles.
Comme l'activation de l'IP3 est en amont du calcium dans ces voies, le calcium est en fait le troisième messager, mais comme nous l'avons mentionné plus haut, les scientifiques utilisent le deuxième messager comme terme général pour toutes les petites molécules non protéiques impliquées dans une voie de transduction du signal.
Système de second messager AMP cyclique (AMPc)
L'adénosine monophosphate cyclique (AMP c) est un autre exemple de second messager. L'AMPc est produit par l'adénylyl cyclase - uneenzyme intégrée à la membrane plasmique - à partir de l'adénosine triphosphate (ATP).
Lorsque l'AMPc se lie à une enzyme appelée kinase dépendante de l'AMPc (A-kinase) et l'active, celle-ci phosphoryle (et donc active) les résidus sérine et thréonine des protéines cibles. De nombreux types de cellules contiennent de l'A-kinase, et les protéines cibles de chaque type de cellule diffèrent, ce qui donne lieu à des réponses variables à l'AMPc dans les différentes cellules.
Fig. 1 Ce schéma montre comment l'AMPc fonctionne en tant que second messager dans une voie de transduction du signal.
Laphosphorylation signifie l'ajout d'un groupe phosphate.
As-tu déjà entendu parler d'une maladie appelée choléra ? Le choléra est une maladie qui survient généralement dans les endroits où l'eau est contaminée par des excréments humains. Lorsque les gens consomment de l'eau contaminée, ils peuvent contracter la bactérie responsable du choléra, Vibrio cholerae , qui forme une pellicule sur la paroi de l'intestin grêle et produit une toxine. La toxine du choléra est une enzyme qui modifie une protéine G qui joue un rôle essentiel dans le contrôle de la sécrétion de sel et d'eau. La protéine G est fixée à un état actif et rendue incapable d'hydrolyser la guanosine triphosphate (GTP) en guanosine diphosphate (GDP). Cela signifie que la protéine G déclenche constamment la production d'AMPc par l'adénylyl cyclase.
En raison de la concentration élevée d'AMPc, les cellules intestinales sécrètent d'importantes quantités de sels dans les intestins, suivies par osmose. La personne infectée développe une diarrhée, qui entraîne une perte massive d'eau et de sels dans l'organisme. S'il n'est pas traité, le choléra peut être fatal.
Seconds messagers - Principaux enseignements
- Les secondsmessagers sont de petites molécules non protéiques ou des ions qui transmettent un signal généré lorsque le ligand se lie au récepteur à la surface de la cellule.
- Les seconds messagerscontribuent à la transmission du signal à l'intérieur de la cellule en modifiant l'activité des protéines cellulaires cibles.
- Par rapport aux protéines, les seconds messagers sont beaucoup plus petits et plus mobiles, ce qui leur permet de relayer et d'amplifier rapidement les signaux dans toute la cellule.
- Les seconds messagersse lient à des cibles protéiques spécifiques, qu'ils modifient pour relayer les signaux en aval.
- Un second messager ne se contente pas de relayer les signaux, il les amplifie également en activant plusieurs protéines cibles.
Références
- 1. Zedalis, Julianne, et al. Advanced Placement Biology for AP Courses Textbook. Agence de l'éducation du Texas.
- 2. Reece, Jane B., et al. Campbell Biology. Onzième édition, Pearson Higher Education, 2016.
- Newton, Alexandra C., et al. "Second Messengers - PMC." PubMed Central (PMC), www.ncbi.nlm.nih.gov, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4968160/. Consulté le 18 juillet 2022.
- OpenStaxCollege. "Hormones - Anatomie et physiologie". Hormones - Anatomie et physiologie, pressbooks-dev.oer.hawaii.edu, http://pressbooks-dev.oer.hawaii.edu/anatomyandphysiology/chapter/hormones/. Consulté le 18 juillet 2022.
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