Master de Biochimie - M1 UE2 - Biologie Cellulaire Membranes et trafic cellulaire Laurence Menu-Bouaouiche Année Universitaire 2006-2007
Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie
Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif LUCA
Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif LUCA
Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif LUCA
Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif
Formation de la Terre ~4,6 M Evolution chimique Auto-organisation Système auto-réplicatif LUCA Evolution biologique
LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Procaryotes
LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Eucariées ~ 2,1 Ma
LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Noyaux? Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Eucariées ~ 2,1 Ma
LUCA : Last Universal Common Ancestor ~ 3,7 Ma Noyaux? Eubactéries ~ 2 Ma Archaées ~ 2 Ma Eucariées ~ 2,1 Ma Cyanobactéries Mitochondries... Escherichia
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...
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
Structures et propriétés des membranes biologiques I. Rappels I.1- Origines de la vie I.2- Caractéristiques universelles des cellules vivantes
=> 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
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
=> 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)
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
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.4-1.1 Caractère amphipatique des lipides
Membrane plasmique microscopie électronique : Couche centrale hydrophobe 2 surfaces hydrophiles
Phospholipide = amphiphile
Bicouche de phospholipides
Liposome
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.4-1.1 Caractère amphipatique des lipides I.4-1.2 Les protéines : agents de transmission
Liposomes Membrane plasmique d'escherichia coli Cryofracture et microscopie électronique
Technique de la cryofracture => mise en évidence de la présence de protéines
Par diffusion passive, seules quelques hormones stéroïdes peuvent traverser librement la membrane
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.4-2.1 Les lipides membranaires
4 types principaux de lipides membranaires : Diacylphosphoglycérides = Phospholipides = Glycérophospholipides Diacylglycoglycérides = Glycolipides Sphingolipides Les stérols et leurs dérivés Types mineurs : les acides gras
Saturé Insaturé (Omega 9) Acides gras
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.4-2.1 Les lipides membranaires I.4-2.2 Les protéines membranaires
Structures connues (expérimentalement) tonneaux β
Dimérisation Trimérisation
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)
Mosaïque
Mosaïque fluide : structure dynamique sans relations de covalence
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
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
La membrane est le support de fonctions assurées par des protéines
Plus une membrane est riche en protéines, plus sa densité est élevée
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
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)
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
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
Marqueurs protéiques de différentes membranes : Noyau Mitochondries Golgi RE Membrane pl. Nucléoside triphosphate Glutamate deshydrogénase Galactosyl transférase Glucose 6 phosphatase ATPase => Immunodétection => Caractérisation enzymatique
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
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
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
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