Agenda. «La protéine membranaire» Nature Classification Organisation Rôle

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2 Agenda «La protéine membranaire» Nature Classification Organisation Rôle

3 protéines membranaire (rappel)

4 Intro Dans le génome humain, on estime qu'il y a environ 5500 gènes qui codent une protéine avec une région transmembranaire en hélice, soit environ. 26 % des gènes codant pour des protéines. 50 % des cibles pharmaceutiques

5 Les protéine de la membrane plasmique ont différents fonctions TRANSPORTEURS ANCRAGE RECEPTEURS ENZYMES Espace extracellulaire Espace intracellulaire

6 Autres propriétés de la membrane plasmique Réception de messages - Communication intercellulaires par des messages chimiques - Récepteur, second messager Reconnaissance - Protéines caractéristiques de l individu Adhérence cellulaire - Adhérence cellule à cellule - Adhérence cellule à MEC (matrice extra cellulaire) T r a n s p o r t D é f e n s e

7 Généralités Les protéines membranaires assurent la plus grande partie des fonctions spécialisées de la cellule vis-à-vis de son environnement. Elles constituent environ 50 % du poids sec de la membrane. Leur classification repose sur la façon dont elles sont disposées dans la membrane. Rappel sur les protéines : Les protéines sont synthétisées par traduction des ARNm. Elles sont composées d acides aminés reliés les uns aux autres par des liaisons covalentes : les liaisons peptidiques. Elles possèdent chacune une extrémité N-terminale et une extrémité C-terminale

8 la signalisation cellulaire

9 Interaction des protéines avec les membranes Protéines membranaires intrinsèques Solubilisables après destruction de la membrane par des détergents Protéines membranaires périphériques Solubilisables par des moyens physico-chimiques doux (ph, concentration de sel)

10 Différentes protéines sont associées aux membranes de différentes façons On distingue différentes formes d'associations protéiques à la membrane : Les protéines transmembranaires - constituées d'une chaîne polypeptidique qui traverse une au plusieurs fois la double couche lipidique (type 1). Les protéines membranaires intrinsèques - ancrées par un phospholipide ou un groupement prényl (chaîne lipidique) (type 2). Les protéines membranaires périphériques - ancrées par une protéine transmembranaire (type 3). Associations protéiques à la membrane plasmique

11 Les protéines intrinsèques a) Les protéines transmembranaires Ces protéines : Sont liées de façon très étroite à la membrane et donc très difficiles à extraire. Pour les purifier on utilise soit des détergents (ex : Triton X 100 ou SDS) soit des solvants organiques. Traversent la membrane une ou plusieurs fois. Quand elles la traversent une fois elles sont bitopiques, quand elles la traversent plusieurs fois elles sont polytopiques. Les interactions entre les lipides membranaires et les protéines transmembranaires sont non-covalentes et se font par l intermédiaire des acides aminés hydrophobes de la protéine.

12 Principe d action des détergents détergent ionique détergent nonionique

13 Les protéines intrinsèques a) Les protéines transmembranaires Les domaines transmembranaires s étendent en général sur une vingtaine d acides aminés et sont souvent organisés en hélice α Les domaines extracellulaires et cytosoliques de ces protéines sont généralement hydrophiles. Les parties extracellulaires de la protéine peuvent être glycosylées. Il existe certaines protéines transmembranaires qui ne traversent pas la membrane de part en part et qui ont un domaine transmembranaire en épingle à cheveux (Ex : la cavéoline entre et ressort côté cytosolique). On Parle de protéines monotopiques.

14 Le domaine transmembranaire des protéines est souvent constitué d hélices a hydrophobes 21 acides aminés hydrophobes On peut prédire la présence d une portion transmembranaire d une protéine par la présence d une série de 20 à 25 AA hydrophobes

15 Identification des hélices α transmembranaires

16 Identification des hélices α transmembranaires : localisation membranaire de la glycophorine A (érythrocytaire)

17 Exemple d une protéine polytopique Rhodopsine Rhodopsin motions predicted by the ANM

18 Les protéines intrinsèques b) Les protéines ancrées Ces protéines sont associées à des lipides membranaires par liaison covalente. Il existe des protéines liées au feuillet interne de la membrane plasmique par l intermédiaire : d un acide gras : ce sont les protéines acylées ; d un alcool gras : ce sont les protéines prénylées. Dans les deux cas, la protéine est liée de façon covalente avec l acide ou l alcool gras et ce dernier fait des interactions hydrophobes avec les lipides membranaires du feuillet interne (ex : les protéines G). Il existe également des protéines ancrées dans le feuillet externe par l intermédiaire du phosphatidylinositol. Ces protéines sont dites glypiées ou ancrées par le GPI (Glycosyl Phosphatidyl Inositol). La liaison entre le phosphatidylinositol et la protéine est covalente et les acides gras du phosphatidylinositol font des interactions hydrophobes avec les lipides membranaires du feuillet externe de la membrane plasmique.

19 Les protéines ancrées Différents types de protéines membranaires.adaptée depuis Molecular Biology of the Cell

20 DYNAMIQUE MEMBRANAIRE LA COMMUNICATION CELLULAIRE Certaines protéines membranaires sont ancrées à la membrane (lipidation) Extracellulaire Intracellulaire N-Myristoylation S-Palmitoylation

21 Les protéines extrinsèques (ou périphériques) Ces protéines peuvent se trouver du côté extracellulaire ou cytosolique. Elles ne sont jamais liées de façon covalente à la bicouche lipidique, elles font des interactions faibles (liaisons hydrogènes ou ioniques) avec : les têtes polaires des lipides membranaires ; les régions polaires de protéines intrinsèques. Ces protéines se détachent de la membrane (et donc se purifient) par simple modifi cation du ph ou de la force ionique. Les protéines extrinsèques extracellulaires peuvent être glycosylées.

22 Exemple d association des protéines périphérique (extrinsèques) + + Interactions ionique et liaisons hydrogène Hélix α Amphipathique Loop hydrophobe Aassociation avec des protéines intégrales

23 Exemple d association des protéines périphérique (intrinsèques) Petits peptides secrétés qui déstructurent les membranes Boucle hydrophobe Défensine Cardiotoxine A5 Hill 1991 Sun 1997

24 Exemple d association des protéines périphérique (intrinsèques) = Ancre GlycosylPhosphatidylInositol lipidation Groupement farnesyl ou géranylgéranyl

25 Exemple d association des protéines périphérique (intrinsèques) Ancrage électrostatique Annexines

26 Insertion des protéines dans les membranes

27 Exemple d une protéine chez les procaryotes Figure ci-contre : schéma de la diacylglycérol kinase dans la membrane interne de Escherichia coli.

28 Exemple d association chez les eucaryotes Liver cytochrome b5 in association with a membrane.

29 diffusion des protéines membranaires

30 Dynamique des molécules des membranes Diffusion latérale des lipides et des protéines Transport à travers la bicouche lipidique Réactions aux interfaces

31 Dynamique des molécules des membranes Mouvements des protéines au sein de la membrane. Seulement deux types de mouvements sont possibles pour les protéines : rotation sur elle-même ; diffusion latérale (phénomène mis en évidence par des expériences de fusion cellulaire). ATTENTION : les protéines ne font pas de flip-flop!

32 Les lipides et les protéines peuvent diffuser rapidement dans le plan de la membrane Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) r t = r 2 /D D : coefficient de diffusion t Coefficients de diffusion latérale: Lipides 1-2 mm 2 /s Protéines membranaires périphériques 1 mm 2 /s Protéines membranaires intrinsèques mm 2 /s Attachement au cytosquelette 10-4 mm 2 /s

33 Les restrictions de mouvements protéiques dans la membrane plasmique

34 Limitation de la mobilité d'une protéine membranaire dans un domaine : cellule épithéliale

35 En résumé! Protéines membranaires Transmembranaires agissent des deux côtés de la membrane transport de molécules comprennent les récepteurs reconnaissance extra cellulaire message intra cellulaire Non transmembranaires associées aux lipides et/ou protéines d'une seule face de la membrane eg : médiation chimique intra cellulaire (moitié cytosolique de la membrane)

36 En résumé! Protéines membranaires Protéines transmembranaires Toujours orientation unique dans la membrane Dû à la synthèse dans le réticulum endoplasmique Presque toujours en hélice Ou cylindre

37 En résumé! Protéines membranaires Protéines transmembranaires Toujours orientation unique dans la membrane Dû à la synthèse dans le réticulum endoplasmique Presque toujours en hélice Ou cylindre

38 Protéine membranaires intrinsèque

39 Comment maintenir l asymétrie membranaire En limitant la mobilité latérale des protéines A : interactions entre protéines :auto-assemblage de gros agrégats B : interactions avec des assemblages de macromolécules à l extérieur de la cellule C : interactions avec des assemblages de macromolécules à l intérieur de la cellule D : interactions avec les protéines membranaires d une autre cellule

40 Connaître les trois catégories de protéines membranaires et leur disposition dans la membrane plasmique. Savoir par quels moyens ces protéines sont en contact avec la membrane plasmique. Connaître des exemples de fonction de ces protéines au sein de la membrane plasmique.

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