UE 2 Biologie cellulaire Membrane cellulaire (I) 02/09/2013 Hicham Bouhlal UFR Médecine, Amiens hicham.bouhlal@u- picardie.fr
CURS UE2 2013-2014 (H. BUHLAL) Membrane plasmique (I): 2-3 sept, 11-12h et 9-10h Membrane plasmique (II): vend 6 sept, 10-12h Endocytose/exocytose: mar 10 sept, 8-10h Cellules souches- techniques d analyses et applicawons thérapeuwques: mar 3 Déc, 8-10h
CURS H. BUHLAL Références bibliographiques: L essen&el de la biologie cellulaire (Alberts, Bray, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter, Edi&on Flammarion) Biologie cellulaire et moléculaire (Karp, EdiWon De Boeck University) Biologie moléculaire de la cellule (Alberts, Johnson, Lewis, Raff Roberts, Walter, Edi&on Lavoisier)
La membrane plasmique bjecwfs du cours Décrire la structure des membranes biologiques des eucaryotes Décrire la composiwon (biochimique) des principaux conswtuants des membranes Décrire quelques foncwons physiologiques des membranes
La membrane plasmique Généralités Procaryote (B) Absence d env. nucl, Absence de noyau, nucléoles, histones, Présence de nucléoïdes (ADN, protéines) Eucaryote (Ch, P, A) Présence d env. nucl, Présence de noyau, un ou plusieurs nucléoles, ADN- protéines histones (nucléosome) Gènes: sans introns (exons) Un seul chromosome Gènes: introns, exons Plusieurs chromosomes
La membrane plasmique Généralités Procaryote (B) Absence d un système membranaire: Absence de système membranaire Eucaryote (Ch, P, A) Présence d un système membranaire: Membrane plasmique 700µm 2 VS 7000µm 2 membranes internes
La membrane plasmique Généralités Procaryote (B) Gram+/ Gram- Ex. Staph/strepto Ex. E.coli, Salm, PseudoM
La membrane plasmique Généralités Procaryote (B) Pas de comparwments cellulaire Pas d organites Eucaryote (Ch, P, A) ComparWments, organites subcellulaires, spécialisawon: Mitochondrie: métabolisme énergéwque REL: synthèse lipidique REG: synthèse protéique A. Golgi: glycosylawon Lysosome: dégradawon, recyclage des structures cellulaires
Cellule animale Membrane cellulaire Appareil de Golgi Nucléole Noyau Réticulum endoplasmique lisse Réticulum endoplasmique rugueux Lysosome Microtubule Mitochondrie Centrosome Ribosome Vacuole Cytoplasme
Historique: La membrane plasmique composiwon et structure 1972: J. S. Singer et G. L. Nicholson Modèle de la mosaïque fluide: membrane est organisée en bicouche mais les têtes polaires des phospholipides sont directement en contact avec l eau Les protéines membranaires: flohent dans ou en surface des lipides
Historique: La membrane plasmique composiwon et structure 2001: modèle actuel - Epaisseur: 7-8 nm, - Deux feuillets visibles en microscope électronique
La membrane plasmique composiwon et structure Composi&on: 1- C est une bicouche lipidique; phospholipides amphiphiles: - phospholipides et cholestérol (49%) = squelehe des membranes 2- Macromolécules de nature protéique et/ou glycoprotéique (43%) sont insérées ou associées à la membrane - récepteurs, transporteurs, enzymes 3- Glucides: glycophospholipides et glycoprotéines (8%)
La membrane plasmique composiwon et structure Fine bicouche phospholipidique + cholestérol: squelehe Protéines ou glycoprotéines: transmembranaires ou associées Glucides (Glycocalyx) ahachés aux lipides ou aux protéines
La membrane plasmique composiwon et structure Fine bicouche phospholipidique + cholestérol: squelehe Protéines ou glycoprotéines: transmembranaires ou associées Glucides (Glycocalyx) ahachés aux lipides ou aux protéines
La membrane plasmique composiwon et structure Lipides, teneurs variables en foncwon du: type cellulaire Globule rouge: - Lipides: 40% - Glucides: 8% - Protéines: 52% - ligodendrocyte - Lipides: 70% (GalCER) - Protéines: 18% Hépatocyte: - Lipides: 50% (% de la masse membranaire globale)
La membrane plasmique composiwon et structure (% de la masse membranaire globale) Lipides, teneurs variables en foncwon du: ComparWment/organite Noyau: 35% lipides Rapport protéines/lipides = 2 Majorité des protéines pores nucléaires (trafic noyau cytoplasme)
La membrane plasmique composiwon et structure Lipides, teneurs variables en foncwon du: Membrane interne/externe Mitochondrie: Interne: Lipides: 24% Majorité protéines (enzymes) Externe: lipides 40% Protéines 60% (% de la masse membranaire globale)
Lipides membranaires Phospholipides: glycérolipides sphingolipides Cholestérol Glycolipides
Lipides membranaires Phospholipides: glycérolipides sphingolipides Cholestérol Glycolipides
Lipides membranaires Phospholipides: molécules amphiphiles ou amphipathiques Amphi = double, phile = qui aime Extrémité hydrophile: polaire (groupement phosphate) Extrémité hydrophobe: apolaire (acide gras) Bicouche en milieux aqueux n
Lipides membranaires Phospholipides: ConsWtuants clefs: acide gras Acide gras: acides carboxyliques caractérisés par une répéwwon de groupements méthylène - formant une chaîne carbonée Longueur variable: 14-20 atomes de carbone Saturés sont linéaires ou insaturés (coude dans la structure) Liaison double Chaîne aliphatique acide
Lipides membranaires Phospholipides: Acides gras Saturé: pas de double liaison Acide palmiwque
Lipides membranaires Phospholipides: Acides gras insaturé: une ou plusieurs double liaison (=) Acide linoléique (polysaturé, oméga 6) Acide linolénique (polysaturé, oméga 3)
Phospholipides: La cohésion des PL: Lipides membranaires Liaison de Van Der Waals InteracWons hydrophobes Liaisons doubles: influencent la stabilité et fluidité de la membrane è Pas de doubles liaisons: cohésion, stabilité, faible fluidité è Doubles liaisons: Moins de stabilité, forte fluidité
Lipides membranaires Phospholipides: composiwon moléculaire Ex: glycérophospholipide (phosphawdyl- choline): Acides gras, choline, phosphate ALCL Choline (alcool aminé) PHSPHATE G L Y C E R L ACIDE GRAS ACIDE GRAS
Phospholipides: Lipides membranaires Structure de base: ester de glycérol + phosphate H 2 C H HC H H CH 2 composé polaire hydroxylé (ex. Choline) Phosphate Glycérol- PhosphaWdyl- choline
Lipides membranaires Phospholipides: Glycérol, Phosphate, Acides gras: Glycérophospholipide: oleoyl- palmitoyl- Glycérol- PhosphaWdyl- choline
Diversité des glycérophospholipides Phospha&dyl H 3 C H 3 C H 3 C N + CH 2 choline CH3 CH 2 H H 3 N + CH 2 CH 2 ethanolamine H - C NH 3 + C CH 2 H serine H H H H H H H H H H H + CH3 -N-CH3 NH3+ NH3+ H- C- C - H H inositol Inositol =P- - =P- - =P- - =P- - - CH - C= C= glycérol - CH - C= C= glycérol - CH - C= C= glycérol - CH - C= C= glycérol Phospha&dyl- choline (PC) Phospha&dyl- ethanolamine (PE) Phospha&dyl- sérine (PS) Phospha&dyl- inositol (PI)
Diversité des glycérophospholipides Phospha&dyl H 3 C H 3 C H 3 C N + CH 2 choline CH3 CH 2 H H 3 N + CH 2 CH 2 ethanolamine H - C NH 3 + C CH 2 H serine H H H H H H H H H H H + CH3 -N-CH3 NH3+ NH3+ H- C- C - H H inositol Inositol =P- - =P- - =P- - =P- - - CH - C= C= glycérol - CH - C= C= glycérol - CH - C= C= glycérol - CH - C= C= glycérol avec des acides gras différents: Myristate, Palmitoleate, Linoleate, leate è Des centaines de PL différents Phospha&dyl- choline (PC) Phospha&dyl- ethanolamine (PE) Phospha&dyl- sérine (PS) Phospha&dyl- inositol (PI)
Sphingolipide: une autre classe des lipides membranaires Phospha&dyl choline ethanolamine sérine Sphingomyéline CH3 + CH3 -N-CH3 NH3+ NH3+ H- C- C - CH3 + CH3 -N-CH3 =P- - =P- - =P- - =P- - - CH - C= C= glycérol - CH - C= C= glycérol - CH - C= C= glycérol Sphingosine: Dialcool aminé PC PE PS SM
Lipides membranaires Phospholipides distribuwon asymétrique dans les feuillets membranaires 100% PC Feuillet externe PE PS 0% SM Feuillet interne 100% (- ) Erythrocyte (- ) Hépatocyte
Lipides membranaires Asymétrique: importance foncwonnelle Phospha&dylsérine: - Rôle dans la phagocytose des cellules mortes par les macrophages è Cellule morte (apoptowque): phosphawdylsérine devient extracellulaire au lieu de son emplacement intracellulaire è reconnu par les récepteurs de la phagocytose des macrophageè éliminawon è ApplicaWon recherche: visualisawon des cellules apoptowques en uwlisant la protéine Annexine V ayant une forte affinité pour PS - Présent dans la monocouche interne è charge négawve à la membrane interne è Conversion des signaux intracellulaire: orienter les protéines de signalisawon, Ex. PKC et besoin de phospholipides (phosphawdylsérine) à charge négawve pour leur acwvawon (phosphorylawon des protéines sur thréonine, sérine)
Lipides membranaires Phospholipides: glycérolipides sphingolipides Cholestérol Glycolipides
Lipides membranaires Phospholipides, cholestérol et glycolipides 15 à 20 % du poids sec de la membrane Jusqu à 1 molécule de cholestérol / 1 molécule de phospholipide Stérol (noyau stérane) è polycycle = rigidité + chaîne apolaire H: polaire H Stérol Polaire Apolaire
Lipides membranaires Phospholipides, cholestérol et glycolipides Noyau central rigide Extrémité polaire (radical H du premier cycle carbonique) Extrémité apolaire
Lipides membranaires Phospholipides, cholestérol et glycolipides Rôle du cholestérol membranaire S intercale entre les molécules de phospholipides Le noyau stéroïde: immobilise les phospholipides et stabilise les membranes Groupes polaires Régions rigidifiées par le cholestérol Région fluide Rigidifie la membrane plasmique, baisse la fluidité membranaire Diminue la perméabilité de la bicouche aux molécules hydrophiles
Lipides membranaires Phospholipides, cholestérol et glycolipides Membrane plasmique Mitochondrie Ré&culum endoplasmique E. coli Cholestérol 17 3 6 0 PE 7 35 17 70 PS 4 2 5 trace PC 24 39 40 0 Absent dans les membranes procaryotes (% de en lipides)
Lipides membranaires Phospholipides: glycérolipides sphingolipides Cholestérol Glycolipides
Lipides membranaires Phospholipides, cholestérol et glycolipides < 5% des lipides membranaires Semblables aux PL MAIS sans phosphate Synthèse dans l appareil Golgi (différence avec PL, Cholestérol: RE) - CH CH CH3 + CH3 -N-CH3 - =P- CH - NH C= Pas de phosphate Gal H CH - CH - NH C= Gal Ac Sial GalNac Gal Glc H CH - CH - NH C= Sphingomyéline Galactocéréboside GL simple (Myéline, gaine des nerfs) Ganglioside GM1 Récepteur de la toxine cholérique à la surface de la cellule intes&nale
Lipides membranaires Phospholipides, cholestérol et glycolipides Groupement oligosaccharidique: un ou plusieurs qui pointent vers l extérieur de la membrane plasmique - CH CH CH3 + CH3 -N-CH3 - =P- CH - NH C= Pas de phosphate Gal H CH - CH - NH C= Gal GalNac Ac Sial Gal Glc H CH - CH - NH C= Sphingomyéline Galactocéréboside GLP simple (Myéline, gaine des nerfs) Ganglioside GM1- GLP complexe Récepteur de la toxine cholérique à la surface de la cellule intes&nale
Lipides membranaires Fluidité des membranes: è Les lipides sont mobiles au sein de la bicouche Diffusion latérale: Coefficient de diffusion latérale: 10-8 cm2 /sec Mouvement des molécules: Ex. Protéine (2µ/sec) RotaWon sur place (1011/sec) Flip flop (rare, lent)
Lipides membranaires Les lipides sont mobiles au sein des bicouches Diffusion latérale: Coefficient de diffusion latérale: 10-8 cm2 /sec Flip flop RotaWon sur place (1011/sec) - - Rare, lent : 1 bascule/2 semaines Cholestérol: +++ è contrôle de la fluidité è bicouche: liquide bidimenwonnel, mosaïque fluide
La membrane plasmique FoncWons ComparWmentaWon: séparawon intérieur/extérieur, organites subcellulaires Echanges entre cellules: connexions type joncwons «gap» Mouvements cellulaires: pseudopodes, endocytose et exocytose Reconnaissance de son environnement: récepteurs à la surface RégulaWon des foncwons: récepteurs et signalisawon intracellulaire RégulaWon du transport des ions, protéines, glucides, lipides
La membrane plasmique FoncWons