LA MEMBRANE. I - Introduction. II Composition et organisation moléculaire. 1. Définition 2. Origine des membranes 3. Rôle de la membrane plasmique

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1 LA MEMBRANE I - Introduction 1. Définition 2. Origine des membranes 3. Rôle de la membrane plasmique II Composition et organisation moléculaire 1. La double couche lipidique a- les phospholipides b- le cholestérol c- fluidité d- asymétrie e- les glycolipides 2. Les protéines membranaires a- protéines périphériques b- protéines intégrées c- asymétrie d- mobilité 3. Le glycocalyx

2 STRUCTURE DES MEMBRANES Deux feuillets sombres et un feuillet clair bicouche lipidique (A) Coupe transversale de la membrane plasmique d'un globule rouge humain, obtenue par microscopie électronique à tansmission (MET). (B, C) Représentation de la membrane plasmique en plan et en 3D by Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and James D. Watson.

3 L ORIGINE DES MEMBRANES : des molécules amphiphiles* Un micelle de lipides Une bicouche lipidique Un liposome * Une espèce chimique est dite amphiphile ou bien amphipathique lorsqu'elle possède à la fois un groupe hydrophile et un groupe hydrophobe

4 Réticulum endoplasmique Membrane plasmique Enveloppe nucléaire (2 membranes) Appareil de Golgi Mitochondrie Toutes les membranes de la cellule présentent la même structure mais avec des compositions en lipides et protéines différentes, selon leurs fonctions

5 FONCTIONS DES PROTEINES MEMBRANAIRES Les protéines enchassées dans les membranes jouent des rôles importants : des rôles d'échange Cette protéine à plusieurs sous-unités peptidiques forme un véritable canal poreux sélectif à travers la membrane phospholipidique

6 LES TRANSPORTEURS Un transporteur est une protéine "allostérique" qui change de forme pour faire passer un soluté d un coté sur l autre On distingue 3 types de transporteurs : Uniport : un seul soluté Symport : un second soluté traverse dans le même sens Antiport : un second soluté traverse en sens inverse

7 Exemple du TRANSPORTEUR DU GLUCOSE (GLUT 1, 2, 4) La fixation du Na + facilite celle du glucose et inversement (on parle de coopérativité). La fixation des deux ligands dans le transporteur provoque son changement de conformation et leur transfert dans le cytoplasme 1994 by Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and James D. Watson.

8 LA TRANSCYTOSE 1994 by Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and James D. Watson.

9 LES CANAUX IONIQUES Un canal ionique est une protéine qui forme un pore hydrophile très fin à travers la membrane qui fera passer une catégorie d'ions et pas une autre (canal Na+, canal Ca++, canal Cl-, canal K+) le transport est sélectif selon le gradient de concentration LES CANAUX IONIQUES à ouverture contrôlée Fermé Ouvert

10 Notion de gradient de concentration ionique 150mM Na+ K+ 5mM membrane - + Na+ 15mM K+ 150mM Les ions étant chargés + ou -, la présence de canaux ioniques, de pompes et de transporteurs crée des différences de concentations pour chaque ion, de part et d'autre de la membrane (gradient de concentration) et lui confère des propriétés électriques.

11 La Pompe Na+/K+ - ATPase La Pompe Na+/K+ ATPase transporte les ions activement (avec l énergie d hydrolyse d ATP) contre leur gradient électrochimique. Pour 1 ATP hydrolysé, elle fait resortir 3 Na+ et fait rentrer 2 ions K+

12 LES AQUAPORINES : «des canaux à eau»

13 TRANSPORT PASSIF ET TRANSPORT ACTIF Le transporteur peut exploiter l'énergie stockée dans le gradient électrochimique d'un soluté pour en transporter un second, on a ci-dessous 3 sortes de transports actifs contre gradient

14 Protéines d ancrage Les protéines transmembranaires peuvent également servir de point d'ancrage pour les protéines du cytosquelette, à l'intérieur de la cellule, ou pour d'autres protéines transmembranaires d'une cellule voisine, du coté externe. Ces protéines sont alors impliquées dans des "Jonctions intercellulaires"

15 LES RECEPTEURS MEMBRANAIRES Les protéines transmembranaires peuvent également servir de récepteurs de signaux extracellulaires propagés par les autres cellules, on distingue alors les : récepteurs ionotropiques (protéines canaux ioniques qui s'ouvrent avec le ligand) récepteurs métabotropiques (protéines à 7 domaines transmembranaires) récepteurs enzymes (protéines à activité enzymatique)

16 RECEPTEURS MEMBRANAIRES ET SIGNALISATION Exemple : la morphine agit sur un récepteur à sept domaines transmembranaires couplé à une protéine Gi (RCPG) qui inhibent l'enzyme transmembranaire adénylate cyclase et la production d'apmc, ainsi que l'activité de la protéine kinase A (PKA) cytosolique. Pour se désensibiliser à la morphine et faire remonter le taux d'ampc, la cellule augmente le taux d'adénylate cyclase et celui de la PKA. Le morphinomane est donc obligé d'augmenter la dose pour retrouver l'effet initial. Cours de Signalisation cellulaire Pr. Jérôme Guerlotté Université des Antilles et de la Guyane, Domaine Sciences, Technologies, Santé

17 STRUCTURE DE LA DOUBLE COUCHE LIPIDIQUE La membrane plasmique d'un globule rouge humain observée au microscope électronique à transmission (MET) à très fort grossissement (x ) apparaît sous la forme de deux feuillets sombres séparés par un feuillet clair. Copyright 2002, Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter; Copyright 1983, 1989, 1994, Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and James D. Watson

18 LES PHOSPHOLIPIDES Les différentes parties d'une molécule de phospholipide (exemple de la phosphatidylcholine) : (A) schéma de la molécule (groupe polaire avec phosphate et glycérol et les deux acides gras non polaires) (B) Formule chimique avec un coude dans l'a.gras, provoqué par une double liaison cis (intérieur) (C) Modèls compact de la molécule de phospholipide (D) Symbole d'un phospholipide avec la tête hydrophile et les deux jambes hydrophobes * On parle d'acide gras mono-insaturé lorsqu'il n'y a qu'une seule double liaison et d'acide gras polyinsaturé lorsqu'il y en a plusieurs ou d'acides gras saturés quand il n'y en a pas.

19 LES PHOSPHOLIPIDES L'un et l'autre possèdent le même groupement de tête qui s'appelle la choline Les 4 phospholipides principaux de la membrane plasmique des cellules de mammifères Les 3 premiers sont sur un squelette de glycérol (glycérophospholipides) tandis que la sphingomyéline est sur un squelette de sphingosine (sphigolipides). Lequel est chargé négativement?

20 LE CHOLESTEROL Le cholestérol est un autre lipide important des membranes plasmiques, il peut y en avoir autant que de phospholipides dans la bicouche, ce qui augment la viscosité de la membrane et diminue sa perméabilité car les cycles stéroidiens forment une plaque rigide avec les chaines carbonnées des phospholipides by Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and James D. Watson.

21 MOBILITE ET FLUIDITE DE LA DOUBLE COUCHE La fluidité des membranes est une condition essentielle à leur bon fonctionnement. On peut considérer les membranes comme des fluides bidimensionels. Ceci est du au fait que les lipides de la bicouche ne sont pas liés entre eux de façon covalente, ils peuvent donc bouger (rotation, flexion) et se déplacer latéralement dans leur demi-couche. Toutefois, le passage d'une demie-couche à l'autre, appellé flip-flop, est rare et doit être catalysé par une enzyme appellée flipase, comme on l'observe au moment de leur synthèse dans le RE. On voit sur le schéma de droite que le cholestérol, assez rigide,rigide perturbe les mouvements des phospholipides et limitte leur déplacement en diminuant la fluidité de la membrane 1994 by Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and James D. Watson.

22 ASYMETRIE DE LA DOUBLE COUCHE La membrane est asymétrique. Les lipides de la double couche ne sont pas répartis de la même façon d'un coté et de l'autre. Les lipides qui ont de la choline sont localisés dans la demicouche externe de la membrane plasmique, avec les glycolipides Phosphatidylcholine, sphingomyéline et les glycolipides sont à l'extérieur glycolipide Phosphatidyléthanolamine et phosphatidylsérine (chargée -) sont à l'intérieur 1994 by Bruce Alberts, Dennis Bray, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and James D. Watson.

23 LES GLYCOLIPIDES Les lipides sur lesquels sont fixés un ou plusieurs résidus sucrés (galactose, glucose..) sont appellés glycolipides, on ne les trouve que sur la demi-couche externe de la membrane plasmique, car ils ont été rajoutés à l'intérieur de l'appareil de Golgi Comme ils sont exposés à l'extérieur de la cellule, ils jouent un rôle important dans les mécanismes de reconnaissance cellulaire et dans les intéractions de la cellule avec son environnement. Exemples de glycolipides : (A) Le galactocérébroside est un glycolipide neutre (avec un groupe sucré simple non chargé) (B) Le ganglioside GM1 est chargé négativement par l acide sialique (récepteur de la toxine du choléra) (C) L'acide sialique = N-acetylneuraminic acid, (NANA),). Le Galactose (Gal), le glucose (Glc) et le N-acetylgalactosamine (GalNAc) sont des sucres non chargés. * La toxine du choléra se fixe sur le ganglioside GM1 des membranes des entérocytes et active une enzyme : l'adénylate cyclase qui catalyse la formation d'ampc responsable, chez les entérocytes, de la fuite d'eau et de chlore dans la lumière intestinale et du blocage du sodium qui cause des diahrées abondantes.

24 LES RADEAUX LIPIDIQUES "lipid raft" Il existe sur les membranes d'une cellule des microdomaines ou radeaux membranaires caractérisés par leur richesse en (glyco)sphingolipides et en cholestérol, auxquels sont associées certaines protéines de surface. Les radeaux sont utilisés pour regrouper les récepteurs de la signalisation cellulaire dans une zone particulière de la membrane, ils sont utilisés aussi par les virus pour s'assembler et bourgeonner à l'extérieur de la cellule infectée. L'épaississement de la membrane au niveau du radeau reflète la plus grande rigidité due aux chaînes d'acides gras saturés et à la richesse en cholestérol des couches internes et externes du microdomaine.