Master de Biochimie - M1 UE2 - Biologie Cellulaire. Membranes et trafic cellulaire

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1 Master de Biochimie - M1 UE2 - Biologie Cellulaire Membranes et trafic cellulaire Laurence Menu-Bouaouiche Année Universitaire

2 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie

3 Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif LUCA

4 Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif LUCA

5 Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif LUCA

6 Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif

7 Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif LUCA Evolution biologique

8 LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Procaryotes

9 LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Eucariées ~ 2,1 Ma

10 LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Noyaux? Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Eucariées ~ 2,1 Ma

11 LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Noyaux? Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Eucariées ~ 2,1 Ma Cyanobactéries Mitochondries... Escherichia

12 LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Noyaux? Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Eucariées ~ 2,1 Ma Cyanobactéries Mitochondries... Escherichia Pluricellulaires ~ 700 ma...

13 LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Noyaux? Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Eucariées ~ 2,1 Ma Cyanobactéries Mitochondries... Escherichia Pluricellulaires ~ 700 ma... Plantes Animaux Champignons

14 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie I.2- Caractéristiques universelles des cellules vivantes

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16 => Caractéristiques universelles des cellules vivantes Information génétique => ADN ou ARN Gène => protéine (ou ARN non traduit) Réplication et traduction par catalyseurs protéiques Métabolisme utilisant l ATP comme transporteur d énergie libre et, structure omniprésente du vivant : Une membrane plasmique permettant les transferts de nutriments et de déchets

17 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie I.2- Caractéristiques universelles des cellules vivantes I.3- Les membranes biologiques, structures essentielles du vivant

18 => Les membranes biologiques, essentielles au vivant Maintiennent un milieu interne différent du milieu extracellulaire Délimitent des compartiments à fonction biochimiques précises (eucaryotes) Permettent les échanges entre les différents milieux : Transfert d'informations : récepteurs à hormones, neuro-transmetteurs Transfert de matière : canaux ioniques, transporteurs Transport passif : diffusion passive ou diffusion facilitée Transport actif par la mise en place de gradients ioniques Sièges de transformation d'énergie Transport actif Synthèse d'atp (mitochondries essentiellement)

19 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie I.2- Caractéristiques universelles des cellules vivantes I.3- Les membranes biologiques, structures essentielles du vivant I.4- Structure et composition générale des membranes cellulaires Les membranes cellulaires = membrane plasmique + membrane des organites Principaux constituants = lipides et protéines

20 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie I.2- Caractéristiques universelles des cellules vivantes I.3- Les membranes biologiques, structures essentielles du vivant I.4- Structure et composition générale des membranes cellulaires I.4-1 Organisation générale I Caractère amphipatique des lipides

21 Membrane plasmique microscopie électronique : Couche centrale hydrophobe 2 surfaces hydrophiles

22 Phospholipide = amphiphile

23 Bicouche de phospholipides

24 Liposome

25 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie I.2- Caractéristiques universelles des cellules vivantes I.3- Les membranes biologiques, structures essentielles du vivant I.4- Structure et composition générale des membranes cellulaires I.4-1 Organisation générale I Caractère amphipatique des lipides I Les protéines : agents de transmission

26 Liposomes Membrane plasmique d'escherichia coli Cryofracture et microscopie électronique

27 Technique de la cryofracture => mise en évidence de la présence de protéines

28 Par diffusion passive, seules quelques hormones stéroïdes peuvent traverser librement la membrane

29 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie I.2- Caractéristiques universelles des cellules vivantes I.3- Les membranes biologiques, structures essentielles du vivant I.4- Structure et composition générale des membranes cellulaires I.4-1 Organisation générale I.4-2 Constituants des membranes I Les lipides membranaires

30 4 types principaux de lipides membranaires : Diacylphosphoglycérides = Phospholipides = Glycérophospholipides Diacylglycoglycérides = Glycolipides Sphingolipides Les stérols et leurs dérivés Types mineurs : les acides gras

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36 Saturé Insaturé (Omega 9) Acides gras

37 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie I.2- Caractéristiques universelles des cellules vivantes I.3- Les membranes biologiques, structures essentielles du vivant I.4- Structure et composition générale des membranes cellulaires I.4-1 Organisation générale I.4-2 Constituants des membranes I Les lipides membranaires I Les protéines membranaires

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40 Structures connues (expérimentalement) tonneaux β

41 Dimérisation Trimérisation

42 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie I.2- Caractéristiques universelles des cellules vivantes I.3- Les membranes biologiques, structures essentielles du vivant I.4- Structure et composition générale des membranes cellulaires II. Interactions entre les constituants membranaires II.1 Modèle de la mosaïque fluide Lenard Singer et Nicolson (1975)

43 Mosaïque

44 Mosaïque fluide : structure dynamique sans relations de covalence

45 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels II. Interactions entre les constituants membranaires II.1- Modèle de la mosaïque fluide II.2 Forces intermoléculaires

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53 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels II. Interactions entre les constituants membranaires II.1- Modèle de la mosaïque fluide II.2 Forces intermoléculaires III. Caractérisation des constituants membranaires III.1 Isolement et caractérisation des membranes

54 La membrane est le support de fonctions assurées par des protéines

55 Plus une membrane est riche en protéines, plus sa densité est élevée

56 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels II. Interactions entre les constituants membranaires III. Caractérisation des constituants membranaires III.1 Isolement et caractérisation des membranes III.1 1 Ultracentrifugation

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64 Gradients de : saccharose Ficoll Nicodenz densité maximum 1,32 g/ml 1,14 g/ml 1,32 g/ml osmolarité >800 (1,10g/mL) 150 (1,12 g/ml) 600 (1,32 g/ml)

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66 Densité de différentes organelles subcellulaires (en g/ml sucrose) : Noyau Mitochondries Golgi RE lisse >1,32 1,18-1,21 1,05-1,12 1,06-1,15 Peroxisomes Lysosomes Membrane pl. RE rugueux 1,19-1,23 1,17-1,20 1,07-1,19 1,18-1,26

67 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels II. Interactions entre les constituants membranaires III. Caractérisation des constituants membranaires III.1 Isolement et caractérisation des membranes III.1 1. Ultracentrifugation III.1 2 Caractérisation des membranes

68 Marqueurs protéiques de différentes membranes : Noyau Mitochondries Golgi RE Membrane pl. Nucléoside triphosphate Glutamate deshydrogénase Galactosyl transférase Glucose 6 phosphatase ATPase => Immunodétection => Caractérisation enzymatique

69 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels II. Interactions entre les constituants membranaires III. Caractérisation des constituants membranaires III.1 Isolement et caractérisation des membranes III.1 1. Ultracentrifugation III.1 2. Caractérisation des membranes III.2 Extraction et purification des lipides III.2 1. Extraction des lipides Mélange chloroforme/méthanol/eau

70 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels II. Interactions entre les constituants membranaires III. Caractérisation des constituants membranaires III.1 Isolement et caractérisation des membranes III.2 Extraction et purification des lipides III.2 1. Extraction des lipides III.2 2. Purification

71 Purification Chromatographies sur colonne Acide silicique Alumine sur plaque en couche mince en phase gazeuse HPLC Caractérisation des chaînes hydrocarbonées Hydrolyse des lipides -> acides gras Chromatographie en phase gazeuse

72 Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels II. Interactions entre les constituants membranaires III. Caractérisation des constituants membranaires III.1 Isolement et caractérisation des membranes III.2 Extraction et purification des lipides III.2 1. Extraction des lipides III.2 2. Purification et caractérisation III.2 3. Composition lipidique des membranes

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