cours-210906
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Les membranes et la compartimentation cellulaire Les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines Dynamique des molécules des membranes Fonctions des membranes Biosynthèse des protéines membranaires et sécrétion des protéines solubles Les molécules amphiphiles hydrophobe hydrophile s’associent spontanément en micelles ou en bicouches suivant le volume relatif de leurs domaines hydrophile et hydrophobe Rôles des lipides Rôle structural : les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines Rôle énergétique : stockage et échanges Rôle de signalisation : à la surface des membranes Les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines 70% des protéines sont associées aux membranes Les protéines membranaires constituent 20% de la masse protéique des cellules Les protéines membranaires constituent 50% de la masse protéique des membranes Les acides gras palmitate oleate Chaîne aliphatique acide Les acides gras naturels possèdent un nombre pair de carbones: C14->C24 Certaines liaisons sont insaturées et créent un coude dans la structure Les phospholipides exemple des phosphoglycérides ALCOOL PHOSPHATE G L Y C E R O L ACIDE GRAS ACIDE GRAS … sont constitués d’un glycérol, HO H2C OH HC OH CH2 glycérol … de deux acides gras, O HO palmitate H2C O C (CH2)14 HC O C (CH2)7 CH2 glycérol CH3 C H C H (CH2)7 O oleate acides gras CH3 … d’un phosphate O H2C O C (CH2)14 HC O C (CH2)7 O HO P O palmitate CH2 CH3 C H C H (CH2)7 O oleate Ophosphate glycérol acides gras CH3 …et d’un alcool O H2C O C (CH2)14 HC O C (CH2)7 O H3C H3C palmitate N+ CH2 H3C CH2 O P O CH2 CH3 C H C H (CH2)7 O oleate Oalcool phosphate glycérol la phosphatidylcholine acides gras CH3 La diversité des phospholipides résulte de l’association de têtes polaires différentes... NH3+ H3N+ CH2 CH2 -OOC OH ethanolamine C H CH2 CH2 OH OH CH2 C H H3C choline OH OH H H H OH H HO OH N+ OH OH serine H3C H3C CH2 CH2 H H OH glycerol OH inositol proportion en % Membrane plasmique Mitochondrie Réticulum endoplasmique Phosphatidylethanolamine Phosphatidylserine Phosphatidylcholine Phosphatidylinositol Sphingomyéline Glycolipides Cholesterol Autres 7 4 24 <1 19 7 17 22 35 2 39 0 0 0 3 21 17 5 40 0 5 0 6 30 … avec des acides gras différents Nombre de carbones Nombre de doubles liaisons Laurate Myristate Palmitate Stéarate Arachidate Behenate Lignocerate 12 14 16 18 20 22 24 0 0 0 0 0 0 0 Palmitoleate Oleate Linoleate Linolenate Arachidonate 16 18 18 18 20 1 1 2 3 4 des centaines de phospholipides différents La distribution des lipides est asymétrique exemple de la membrane plasmique Phosphatidylserine Phosphatidylethanolamine Phosphatidylcholine Glycolipides extérieur intérieur 0 10 90 100 100 90 10 0 La membrane plasmique Les membranes des cellules eucaryotes contiennent du cholestérol HO HO CH 3 CH3 CH3 H C CH3 CH3 H C CH3 CH2 CH CH2 CH CH2 CH H3 C C CH3 H cholestérol cellules animales CH3 H3 C C CH3 H ergostérol cellules végétales Le cholestérol est indispensable Synthèse dans le foie ou apport nutritif et transport dans le sang Low-Density Lipoprotein Le cholestérol est le précurseur des hormones stéroïdiennes Interaction des protéines avec les membranes Protéines membranaires intrinsèques Protéines membranaires périphériques Solubilisables après destruction de la membrane par des détergents Solubilisables par des moyens physico-chimiques doux (pH, concentration de sel) Principe d’action des détergents détergent non-ionique détergent ionique Le domaine transmembranaire des protéines est souvent constitué d’hélices a hydrophobes 21 acides aminés hydrophobes Identification des hélices a transmembranaires Echelle de polarité Acide aminé Phe Met Ile Leu Val Cys Trp Ala Thr Gly Ser Pro Tyr His Gln Asn Glu Lys Asp Arg F M I L V C W A T G S P Y H Q N E K D R Energie de transfert (kcal/mole) + 3,7 + 3,4 + 3,1 + 2,8 + 2,6 + 2,0 + 1,9 + 1,6 + 1,2 + 1,0 + 0,6 - 0,2 - 0,7 - 3,0 - 4,1 - 4,8 - 8,2 - 8,8 - 9,2 - 12,3 LSTTEVAMHTTTSSSVSKSYISSQTNDTHK... Score 4,6 2,4 2,4 -2,9 Dynamique des molécules des membranes Diffusion latérale des lipides et des protéines Transport à travers la bicouche lipidique Réactions aux interfaces Les lipides et les protéines peuvent diffuser rapidement dans le plan de la membrane Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) t r Coefficients de diffusion latérale: Lipides Protéines membranaires périphériques Protéines membranaires intrinsèques Attachement au cytosquelette 1-2 mm2/s 1 mm2/s 0.1-0.5 mm2/s 10-4 mm2/s t = r2/D Les bicouches lipidiques sont imperméables aux molécules polaires gaz Les protéines membranaires sont indispensables pour le transport des molécules polaires ions Fonctions des membranes Compartimentation Séparation de réactions chimiques incompatibles Gradients de concentration Energétique cellulaire et mitochondries Echanges Endocytose, exocytose Transport: pompes et canaux Membrane plasmique Communication intercellulaire Récepteurs, hormones et neurotransmetteurs Electrophysiologie La compartimentation membranaire Pour une cellule eucaryote Surface de la membrane plasmique 1500 mm2 Surface des membranes internes 45 000 mm2 Surface du cytosquelette 150 000 mm2 Organisation du métabolisme cellulaire Appareil digestif endosomes-lysosomes hydrolyses glucose 2 ATP 24 kcal/mole Cytosol ANA EROBIE glycolyse 2 pyruvate + 6 O2 28 ATP 336 kcal/mole 6 CO2 + 6 H2O 686 kcal/mole Mitochondrie A EROBIE Cycle de l’acide citrique Phosphorylation oxydative Excrétions Les molécules de l’énergétique cellulaire glucose ATP glycolyse pyruvate acides Structure des mitochondries Matrice: cycle de Krebs oxydation des lipides Membrane interne: phosphorylation oxydative Espace intermembranaire: transphosphorylation des nucléotides Membrane externe: filtre < 5000 Da Cytosol: glycolyse La phosphorylation oxydative Un couplage énergétique ... - 53 kcal/mole gradient de protons + 12 kcal/mole 6 protons par O réduit 3 protons par ADP phosphorylé … via un gradient de protons L ’ATPsynthase F1F0, un convertisseur d’énergie ADP + Pi flux de protons travail mécanique F0 F1 QuickTime™ et un décompresseur Cinepak sont requis pour visionner cette image. ATP travail mécanique ADP + Pi flux de protons ATP Coloration fonctionnelle des mitochondries cellule endothéliale d’artère pulmonaire de boeuf spermatozoïde de taureau Les triglycerides, forme de stockage de l’énergie adipocyte G L Y C E R O L ACIDE GRAS ACIDE GRAS ACIDE GRAS triacylglycerol + H2O Palmitate + O2 glycerol + 3 acides gras CO2 + HO2 2340 kcal/mole ATP) 940 kcal/mole dans la mitochondrie + 129 (ADP + Pi Fonctions des membranes Compartimentation Séparation de réactions chimiques incompatibles Gradients de concentration Energétique cellulaire et mitochondries Echanges Endocytose, exocytose Transport: échangeurs, pompes et canaux Communication intercellulaire Récepteurs, hormones et neurotransmetteurs Electrophysiologie Transport de métabolites glucose Na+ 117 mM échangeur X? Potentiel transmembranaire - 60 mV 30 mM canal pompe Microvilli de la membrane plasmique membrane plasmique cytosquelette d’actine Endocytose ou internalisation de molécules manteau protéique (clathrin coat) récepteur spécifique (protéine transmembranaire) fer sous forme de ferritine cholestérol sous forme de particule de lipoprotéine LDL Exocytose ou sécrétion cellulaire Exemple du mastocyte avant stimulation ... … après stimulation Sécrétion de protéines pulse : 1 min [3H]-leucine chasse : 3 min réticulum endoplasmique chasse : 20 min appareil de Golgi chasse : 90 min vésicules de sécrétion Fonctions des membranes Compartimentation Séparation de réactions chimiques incompatibles Gradients de concentration Energétique cellulaire et mitochondries Echanges Endocytose, exocytose Transport: pompes et canaux Communication intercellulaire Récepteurs, hormones, canaux et neurotransmetteurs Electrophysiologie Le chimiotactisme gradient d’hormone (AMPc) réponse cellulaire (pseudopode) récepteur spécifique (protéine) Les bases moléculaires de la transmission nerveuse Canal régulé par un neurotransmetteur Canal régulé par la tension transmembranaire Mesure des conductances élémentaires des membranes par la technique du patch-clamp I U Structure des canaux ioniques open closed membrane Canal K+ voltage-dependant
