FICHE STRUCTURE ET PERMEABILITE MEMBRANAIRE

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1 FICHE STRUCTURE ET PERMEABILITE MEMBRANAIRE Alina Zerbi (TSN) MEC : Matrice extra-cellulaire Cyt : cytoplasme EIM : espace intermembranaire

2 STRUCTURE MEMBRANAIRE Membrane = Bicouche lipidique + Pores protéiques Epaisseur de 5nm Milieu extracellulaire Glucide Glycoprotéine Protéine périphérique Glycolipide Feuillet externe Cholestérol 5 nm Feuillet interne Protéines transmembranaires Lipides (phospholipides ++) Cytoplasme

3 LIPIDES MEMBRANAIRES LES GLYCEROLIPIDES (à partir du glycérol) Les glycérophospholipides : Les glycérophospholipides sont constitués : d un glycérol (G) + 2 acides gras () + un phosphate (P) + un alcool (éthanolamine, choline, sérine, glycérol, inositol) Le nom des glycérophospholipides se décompose en phosphatidyl (1 G P) + le nom de l alcool. On aura ainsi : -Phosphatidyléthanolamine (PE) -Phosphatidylcholine (PC) -Phosphatidylsérine (PS) -Phosphatidylglycérol (PG) -Phosphatidylinositol (PI) Remarque : en position C1, il s agit souvent d un S et en position C2, on a un PI C3 Alcool Ethanolamine Choline Sérine Glycérol Inositol P G Phosphatidyl C1 C2

4 CHARGES DES GLYCEROPHOSPHOLIPIDES Selon les glycérophospholipides, le groupement alcool présentera des charges électriques différentes, ce qui confèrera une charge globale au glycérophospholipide. Le groupement phosphatidyl possède une charge ( sur le phosphate) PE et PC possèdent une charge sur l alcool, par conséquent, ils sont neutres (les charges s annulent) PS, PG, PI ne possèdent pas de charge sur leur fonction alcool. La charge globale sera donc négative :

5 Les glycéroglycolipides : Les glycéroglycolipides sont constitués : d un glycérol (G) + 2 acides gras () + sucre G Le glycosylphosphatidylinositol (GPI) : Le glycosylphosphatidylinositol est constitué : d un glycérol (G) + 2 acides gras () + un phosphate + un inositol + un sucre Il sert à l ancrage de protéines dans la membrane. Inositol P G Glycosyl Phosphatidyl

6 LES SPHINGOLIPIDES (à partir de la sphingosine) La sphingomyéline : La sphingomyéline est constituée : d une sphingosine (S) + 1 acides gras () + un phosphate (P) + un alcool (éthanolamine ou choline) Alcool P S Elle est bien amphiphile : le groupement alcool est hydrophile (polaire) tandis que la longue chaine hydrocarbonée de la sphingosine ainsi que l acide gras forment la queue hydrophobe. Ethanolamine Choline Tête hydrophile Céramide Queue hydrophobe

7 Les glycosphingolipides : Les glycosphingolipides sont constitués : d une sphingosine (S) + 1 acides gras () + sucre S Ils constituent la plupart des glucides membranaires. Ils seront situés sur le feuillet externe (pour servir à la signalisation) LE CHOLESTEROL LIBRE Le cholestérol libre est intégré dans les membranes car il est également amphiphile (grâce à sa fonction OH polaire). Lorsqu il est estérifié (qu il perd son OH libre), il quitte la membrane et se retrouve à l intérieur de la cellule. Propriétés Il participe à la fluidité des membranes On le retrouve dans les radeaux lipidiques (lipid rafts)

8 LIPIDES MEMBRANAIRES Phospholipide (phosphate) Sphingomyéline Sphingolipide (sphingosine) Glycérophos pholipide Glycosphingo lipide GPI Glycérolipide (glycérol) Glycéroglycolipide Glycolipide (sucre) Attention : les cercles ne sont pas représentatifs de la proportion des lipides. Ils sont là pour montrer que certaines classes de lipides correspondent à l intersection entre des grandes familles de lipides. + Le cholestérol

9 Phospholipides P Glycolipides Phospho/Glycolipide P Glycérolipides Glycérophospholipide Glycéroglycolipides GPI G Alcool P G G Inositol P G Sphingolipides Sphingomyéline Glycosphingolipide S Alcool P S S PAS DE TRIGLYCERIDES DANS LES MEMBRANES! NI LE CHOLESTEROL ESTERIFIE Cholestérol LIBRE

10 ORGANISATION DES LIPIDES EN BICOUCHE Amphiphile = partie hydrophobe + partie hydrophile Alcool P G Tête hydrophile Queue hydrophobe Zone hydrophile (=Lipophobe) Zone hydrophobe (=Lipophile)

11 GLUCIDES MEMBRANAIRES Les glucides seront soit liés à des lipides (= glycolipides) soit à des protéines (=glycoprotéines). Ils sont toujours sur le versant extracellulaire de la membrane plasmique car ils ont un rôle dans la communication cellulaire, les jonctions intercellulaires, la signalisation etc.

12 PROTEINES MEMBRANAIRES Protéines transmembranaires Traversent bicouche Protéines périphériques Accolées à la membrane A traversée unique Hélices α A traversées multiples Hélices α et feuillets β MEC Isoprénylées Farnésyle Face interne Myristoylées Myristate Face interne Ancrage GPI Face externe Prot Ct GPI Interactions faibles avec PL (Electrostatiques) Prot = annexine ou myosine I. (Liaison à la PS) Ancrées partiellement Hélices α Interactions faibles avec protéines Cadhérines (transmembranaires) 15C 14C Cytoplasme Ct Cystéine RAS Nt Glycine Src Prot = acetylcholine esterase, T cadhérine ou Thy-1 Prot PGH2 synthase Caténines

13 RADEAUX LIPIDIQUES Fluide Rigide MEC PI S Sphingolipides Protéine à ancrage GPI Cholestérol Protéine transmembranaire Cytoplasme Radeau lipidique = 50 nm

14 PROPRIETES DE LA MEMBRANE Imperméable aux macromolécules Perméabilité sélective aux ions. Couche dynamique : fluide, en constant remodelage Asymétrique : pas les mêmes composants et les mêmes proportions dans les deux feuillets de la bicouche. => Glucides en extracellulaire uniquement et plus grande proportion de phosphatidylsérine en intracellulaire. En continuité transitoire avec le système endomembranaire. Surface constante (l aire de membrane reste la même, indépendamment du volume cellulaire). Perte de volume => plis. Gain de volume =>ballonisation Résiste à l étirement et à la compression.

15 FLUIDITE MEMBRANAIRE La fluidité de la membrane est possible grâce aux mouvements de ses constituants. Mouvement des phospholipides -Diffusion latérale -Rotation sur place -Flip-flop (translocation d un feuillet à l autre de la bicouche). Phénomène plus présent pour les lipides neutres que chargés (PS doit rester sur le feuillet interne). Mouvement des protéines membranaires -Diffusion latérale -Rotation sur place PAS DE FLIP FLOP

16 Facteurs qui influencent la fluidité La température : plus il fait chaud, plus la membrane est fluide La quantité de cholestérol : il régule la fluidité La nature des acides gras sur les lipides : Les acides gras saturés S (qui ne possèdent pas de double liaison) seront plus serrés entre eux et formeront une membrane plus rigide alors que la présence d acides gras poly insaturés PI va desserrer les lipides et augmenter la fluidité de la membrane. S S PI Cholestérol

17 GRADIENT ELECTROCHIMIQUE Forte concentration de Glucose Peu de Glucose Gradient de Glucose : le sens du gradient va du + concentré vers le - concentré Intracellulaire : K+ Extracellulaire : CA 2+ NA+ Cl- EIM bactérie : H+ Glucose : transport actif vers l entérocyte et passif vers le sang

18 PERMEABILITE MEMBRANAIRE Attention à la différence entre BICOUCHE LIPIDIQUE ET MEMBRANE BICOUCHE LIPIDIQUE (2 feuillets de lipides) MEMBRANE (bicouche + pompes, canaux, transporteurs) Perméabilité séléctive aux ions et molécules polaires >150Da

19 PORES MEMBRANAIRES POMPES TRANSPORTEURS CANAUX ATP ADP Spécificité Intégrale Intermédiaire Relative Vitesse (ions/sec) 100 < Gradient Contre le gradient Dans le sens du gradient. (Mais peut transporter un autre soluté contre son gradient) Apport d énergie Nécessaire Non Non Transport Actif Passif (parfois actif) Passif Dans le sens du gradient

20 POMPES = Transports actif primaires Energie des photons =Pompes à protons Bactériorhodopsine de l archéobactérie Halobactérium Halobium EIM H+ Cytoplasme H+ H+ Rétinal Bactériorhodopsine ATP synthase H+ H+ ADP H+ ATP E1 E2 E2 Na+ H+ ou Ca2+ K+ Transporteurs ABC C est la + grande famille MDR1/MDR2/CFTR Cancer +++ (résistance) -mb + RE + organites Na+/K+ -25% eie conso -Gradient Iaire E1 H+/K+ -ph=1,5 Oméprazole =inhibiteur MEC Cyt. K+ Pompes cationiques de type P (E1/E2) -10 domaines TM -Transconformation E1/E2 Cu2+ Maladie de Wilson (mutation) β α 1 STM 10 STM K+ Na+ ou H+ Na+ ou H+ Ca2+ SERCA1 -stockage calcium dans RE ADP ATP Energie de l ATP = ATPases Type F (F0/F1) =ATP synthase -Eubactéries -Mitochondries -Chloroplaste (mb interne) Peut fonctionner dans les 2 sens!! Milieu ext ou Cyt EIM Matrice F0 F1 H+ H+ FO/F1 Type V (V0/V1) -Vacuoles eucaryotes -Archéobactéries Sens unique! MEC Cyt ATP V0 V1 H+ ADP Transconformation E1/E2 ADP ATP Phosphorylation oxydative

21 TRANSPORTEURS 12 hélices α (ou 6 pour la mitochondrie) SANS ENERGIE Diffusion facilitée AVEC ENERGIE Couplage transport passif et actif Uniport Transport de 1 soluté dans le sens de son gradient MEC Symport = cotransport Transport de 2 solutés dans la même direction (1 dans le sens de son gradient et l autre à contre-sens) MEC Antiport Transport de 2 solutés dans des directions opposées (1 dans le sens de son gradient et l autre à contre-sens) ATP EIM Cyt Glc Cyt Na+ Glc Diffusion facilitée Transport actif Transport actif Diffusion facilitée GLUT1: hématies SLGT1: entérocyte ANC: mitochondrie ADP

22 CANAUX 1 seul STM = Min K -Passage de K+ -ouverture et fermeture lente Ct Mécanosensibles =MsCL -S ouvrent par étirement -Peu sélectifs -Flux important Canaux cationiques S5/S6 (M1/M2) -2 STM voltage dépendants! Voltage dépendants Ca2+ Transduction du signal Na+ Inactivation par boucle entre domaines Nt Nt Ct S1 S2 S3 S4 S5 S6 K+ Inactivation par élément Nt flexible en Nt Rectification interne -2 STM voltage dépendants! Quand pot<seuil : entrée K+ MIC Quand pot>seuil : sortie K+ MEC (lente) : ramène pot repos KIR -1 : Rein -2 : Cœur + cerveau -3/3.1/3.2 : ryhtmogènes cardiaques Sodiques épithéliaux -Apicaux -Réabsorption Na+ au niveau du rein -Mutation des canaux => Maladie de Liddl sur CT : ouverture trop longue donc réabsorption ++ et HTA PAS DE GATING Canal Na+ épithélial Urine Nt S1 S2 S3 S4 S5 => Pot action S6 Activés par ATP extracellulaire = purinergiques (P2X) -Pas de boucle P donc peu sélectif Ct Activés par un ligand Extracellulaire ->Neurotransmetteurs (synapse) Canal sodique Intracellulaire Fixation pour le canal calmoduline/ca2+ dépendant Fixation pour les canaux GMPc dépendants (vision + odorat) Ct Na+ M1 M2 Nt M1 M2 Ct x4 Pompe Na+/K+ Rétablit gradient β α K+ Na+ Rein Nt Ct Sélectivité : Boucle P de perméabilité = + sélectif

23 OUVERTURE DES CANAUX Certains canaux (complexes) auront 3 états d activité : -Ouvert : il laisse passer les solutés -Fermé : il ne laisse pas passer les solutés. L activation du canal le fait passer à l état ouvert. -Etat inactif : le canal est ouvert (n est pas resserré sur lui-même) mais est bloqué par une structure. Ainsi, même s il est activé par un stimulus, il ne va pas faire passer les solutés. Cet état inactif est responsable du temps de latence avant que la réponse au stimulus ne s opère.