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FICHE STRUCTURE ET PERMEABILITE MEMBRANAIRE Alina Zerbi (TSN) MEC : Matrice extra-cellulaire Cyt : cytoplasme EIM : espace intermembranaire 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 LIPIDES MEMBRANAIRES LES GLYCEROLIPIDES (à partir du glycérol) Les glycérophospholipides : Les glycérophospholipides sont constitués : d’un glycérol (G) + 2 acides gras (AG) + un phosphate (P) + un alcool (éthanolamine, choline, sérine, glycérol, inositol) Le nom des glycérophospholipides se décompose en phosphatidyl (1 G + 2 AG + 1 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 AGS et en position C2 , on a un AGPI G C3 Alcool Ethanolamine Choline Sérine Glycérol Inositol AG C1 AG C2 P Phosphatidyl 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 : ⊝ Les glycéroglycolipides : AG Les glycéroglycolipides sont constitués : d’un glycérol (G) + 2 acides gras (AG) + sucre G AG Le glycosylphosphatidylinositol (GPI) : Le glycosylphosphatidylinositol est constitué : d’un glycérol (G) + 2 acides gras (AG) + un phosphate + un inositol + un sucre AG G Il sert à l’ancrage de protéines dans la membrane. Inositol Glycosyl P AG Phosphatidyl LES SPHINGOLIPIDES (à partir de la sphingosine) La sphingomyéline : Ethanolamine Choline 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. Tête hydrophile S La sphingomyéline est constituée : d’une sphingosine (S) + 1 acides gras (AG) + un phosphate (P) + un alcool (éthanolamine ou choline) Alcool AG P Céramide Queue hydrophobe Les glycosphingolipides : Les glycosphingolipides sont constitués : d’une sphingosine (S) + 1 acides gras (AG) + sucre S AG 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) LIPIDES MEMBRANAIRES Phospholipide (phosphate) Sphingomyéline Sphingolipide (sphingosine) Glycosphingo lipide Glycérophos pholipide GPI Glycérolipide Glycéroglycolipide (glycérol) Glycolipide (sucre) + Le cholestérol 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. Phospholipides Glycérolipides P Glycérophospholipide Glycolipides Phospho/Glycolipide Glycéroglycolipides GPI AG G G Alcool P AG Sphingolipides Sphingomyéline G Inositol P Glycosphingolipide S S P AG S Alcool AG AG G AG AG Cholestérol LIBRE PAS DE TRIGLYCERIDES DANS LES MEMBRANES ! NI LE CHOLESTEROL ESTERIFIE P AG ORGANISATION DES LIPIDES EN BICOUCHE Amphiphile = partie hydrophobe + partie hydrophile AG G Alcool P Tête hydrophile Zone hydrophile (=Lipophobe) AG Queue hydrophobe Zone hydrophobe (=Lipophile) 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. PROTEINES MEMBRANAIRES Protéines transmembranaires Protéines périphériques Traversent bicouche Accolées à la membrane A traversée unique A traversées multiples Hélices α Hélices α et feuillets β Isoprénylées Myristoylées Ancrage GPI Farnésyle Face interne Myristate Face interne Face externe Prot Ct MEC GPI Interactions faibles Ancrées avec protéines partiellement (Electrostatiques) Hélices α Prot = annexine ou myosine I. (Liaison à la PS) Cadhérines (transmembranaires) 14C 15C Cytoplasme Interactions faibles avec PL Ct Cystéine RAS Nt Glycine Src Prot = acetylcholine esterase, T cadhérine ou Thy-1 Prot PGH2 synthase Caténines RADEAUX LIPIDIQUES Fluide Rigide Protéine à ancrage GPI Sphingolipides Cholestérol AGPI AGS MEC Cytoplasme Radeau lipidique = 50 nm Protéine transmembranaire 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. 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 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 AGS (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 AGPI va desserrer les lipides et augmenter la fluidité de la membrane. AGS AGS AGPI Cholestérol GRADIENT ELECTROCHIMIQUE Forte concentration de Glucose Gradient de Glucose : le sens du gradient va du + concentré vers le - concentré Peu de Glucose Intracellulaire : K+ Extracellulaire : CA2+ NA+ ClEIM bactérie : H+ Glucose : transport actif vers l’entérocyte et passif vers le sang 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 PORES MEMBRANAIRES TRANSPORTEURS POMPES ATP CANAUX ADP Spécificité Intégrale Intermédiaire Relative Vitesse (ions/sec) 100 <1000 106 Gradient Contre le gradient Dans le sens du gradient. (Mais peut transporter un autre soluté contre son gradient) Dans le sens du gradient Apport d’énergie Nécessaire Non Non Transport Actif Passif (parfois actif) Passif POMPES = Transports actif primaires Energie de l’ATP = ATPases Energie des photons =Pompes à protons Bactériorhodopsine de l’archéobactérie Halobactérium Halobium Transporteurs ABC H+ C’est la + grande famille H+ ATP synthase H+ MDR1/MDR2/CFTR EIM Cancer +++ (résistance) -mb + RE + organites Cytoplasme Rétinal Bactériorhodopsine H+ H+ H+ ADP ATP Na+/K+ -25% eie conso -Gradient Iaire FO/F1 Pompes cationiques de type P (E1/E2) -10 domaines TM Type F Type V -Transconformation E1/E2 (F0/F1) (V0/V1) =ATP synthase -Vacuoles -Eubactéries eucaryotes -Mitochondries -Archéobactéries -Chloroplaste Sens unique ! Cu2+ Ca2+ H+/K+ (mb interne) Maladie de SERCA1 -pH=1,5 MEC -stockage Peut fonctionner Oméprazole Wilson dans les 2 sens !! V0 calcium =inhibiteur (mutation) Milieu ext ou Cyt dans RE Cyt H+ Na+ ou H+ K+ MEC β 1 STM E1 E2 E2 E1 Cyt. K+ α Na+ ou H+ 10 STM H+ EIM F0 Matrice Na+ H+ ou Ca2+ Transconformation E1/E2 K+ ATP ATP H+ ADP V1 F1 ADP ATP Phosphorylation oxydative ADP TRANSPORTEURS 12 hélices α (ou 6 pour la mitochondrie) AVEC ENERGIE SANS ENERGIE Couplage transport passif et actif Diffusion facilitée Symport = cotransport Uniport Transport de 1 soluté dans le sens de son gradient MEC Cyt Glc Transport de 2 solutés dans la même direction (1 dans le sens de son gradient et l’autre à contre-sens) Transport de 2 solutés dans des directions opposées (1 dans le sens de son gradient et l’autre à contre-sens) ATP MEC EIM Cyt Na+ Diffusion facilitée GLUT1: hématies Antiport Glc Transport actif SLGT1: entérocyte ADP Transport actif Diffusion facilitée ANC: mitochondrie CANAUX 1 seul STM = Min K Mécanosensibles =MsCL Canaux cationiques S5/S6 (M1/M2) -Passage de K+ -S’ouvrent par étirement -ouverture et fermeture -Peu sélectifs lente Ct -Flux important -2 STM ≠ voltage dépendants ! Voltage dépendants S1 S2 S3 S4 S5 Activés par un ligand Ca2+ Nt Extracellulaire S6 ->Neurotransmetteurs (synapse) Canal sodique Ct Transduction du signal Intracellulaire Na+ Nt Nt Rectification interne Inactivation par boucle entre domaines Ct Inactivation par élément Nt flexible en Nt Sodiques épithéliaux => Pot action Activés par ATP extracellulaire = purinergiques (P2X) -Pas de boucle P donc peu sélectif Na+ Nt M2 x4 Ct M1 Na+ Pompe Na+/K+ Rétablit gradient S6 K+ -2 STM -Apicaux ≠ voltage dépendants ! -Réabsorption Na+ au niveau du rein Quand pot<seuil : entrée K+ MIC -Mutation des canaux => Maladie de Quand pot>seuil : sortie K+ MEC Liddl sur CT : ouverture trop longue (lente) : ramène pot repos donc réabsorption ++ et HTA KIR -1 : Rein PAS DE GATING -2 : Cœur + cerveau -3/3.1/3.2 : ryhtmogènes Urine Canal Na+ épithélial cardiaques M1 S1 S2 S3 S4 S5 β α K+ Rein Nt Ct Fixation pour le canal calmoduline/Ca2+ dépendant Fixation pour les canaux GMPc dépendants (vision + odorat) M2 Ct Sélectivité : Boucle P de perméabilité = + sélectif 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.
