BCPST 1 année Lundi 10 octobre 2016 – Sciences de la vie

BCPST 1ère année Lundi 10 octobre 2016
Eléments de correction du DS n°2 – Sciences de la vie
Sujet de synthèse
« La membrane plasmique, un édifice supramoléculaire
à l'interface entre la cellule et son environnement »
Vous montrerez que les fonctions de la membrane plasmique sont liées
à la nature et à l’organisation de ses constituants.
ATTENTION : proposition de corrigé avec les connaissances acquises au jour du devoir. D’autres aspects,
étudiés plus tard dans le programme de BCPST viendront s’y ajouter (échanges membranaires…).
Introduction :
Penser à définir la notion d’édifice supramoléculaire, et amener de façon logique les fonctions de la membrane
plasmique, qui annoncent logiquement la problématique.
Un exemple pris parmi vos propositions :
La membrane plasmique délimite une unité structurale et fonctionnelle : la cellule. Sa mise en place résulte de
l’assemblage d’un grand nombre de molécules de nature variée, on peut alors la qualifier d’édifice
supramoléculaire. La cellule est un système thermodynamique ouvert, elle doit donc assurer en permanence des
échanges de matière, d’énergie et d’information avec son milieu afin de conserver son intégrité. Néanmoins, une
sélectivité des échanges est indispensable pour conserver des conditions physico-chimiques différentes de celles
du milieu extérieur, essentielles au bon fonctionnement de la cellule. Par sa localisation dans la cellule, la
membrane plasmique joue le rôle d’interface mécanique et fonctionnelle entre la cellule et son milieu : autres
cellules du tissu (dans le cadre d’un organisme pluricellulaire), matrice extracellulaire, milieu extérieur.
On peut donc se demander en quoi la nature et l’organisation des constituants de la membrane plasmique lui
permettent d’assurer ses différentes fonctions : la délimitation d’un compartiment cellulaire individualisé, la
réalisation d’échanges de nature variée avec le milieu environnant, la cohésion structurale et fonctionnelle au sein
d’un tissu.
I. La membrane plasmique assure l’individualisation cellulaire
(Pas de plasmalemme, pas de cellule !)
1. La structure des membranes, conséquence des propriétés de ses constituants vis-à-vis de l’eau
Démonstration expérimentale de l’existence d’une pellicule formant une bicouche de phospholipides.
Idées et notions à construire :
Composition et structure de la membrane : démonstration de la dualité moléculaire (lipides et protéines
extrinsèques et intrinsèques en lien avec leurs propriétés).
La membrane comprend un espace hydrophobe entouré par deux zones hydrophiles.
La cohésion entre constituants est assurée par les interactions hydrophobes (d’où liaisons faibles de type Van der
Waals entre groupements apolaires).
La membrane est une structure limitante individualisant deux milieux aqueux le MIC et le MEC.
Schémas, illustrations souhaitables :
Le modèle de la mosaïque à l’échelle supramoléculaire
Organisation fonctionnelle des glycérophospholipides
2. La fluidité membranaire et son importance fonctionnelle
Démonstration expérimentale possible (FRAP).
Idées et notions à construire :
La dynamique intramembranaire (caractéristiques à préciser) est liée aux particularités des interactions
hydrophobes, c’est un phénomène passif.
La fluidité peut être modulée (nature des composants : AGS/AGI, cholestérol,…) en relation avec les
caractéristiques de l’environnement.
Conséquences fonctionnelles de cette fluidité : réparation, perméabilité de la phase lipidique, déformation,
régionalisation (quand la fluidité est limitée, exemple de dispositif la limitant).
Schémas, illustrations souhaitables :
Effet du cholestérol sur la fluidité
3. L’asymétrie structurale de la membrane et ses implications fonctionnelles
Démonstration expérimentale : inside out vesicules.
Idées et notions à construire :
Participation des constituants membranaires à des activités différentes suivant qu’ils sont localisés en face extra-
ou intracellulaire : l’asymétrie structurale est une asymétrie fonctionnelle.

Transition : Les propriétés des constituants membranaires permettent donc de définir un compartiment cellulaire,
cependant celui-ci n’est pas isolé de son environnement : comment ces constituants sont-ils impliqués dans les
interactions entre la cellule et cet environnement ?
II. La membrane plasmique interagit avec l’environnement
1. Membrane et échanges
Idées et notions à construire :
A partir de l’exploitation d’un exemple qui peut être la bactériorhodopsine, l’exocytose des grains de zymogène de
la cellule du pancréas, l’entrée du glucose (sans pour autant détailler les mécanismes moléculaires non encore
étudiés).
La cellule est un système thermodynamique ouvert donc la membrane n’est pas étanche : échanges de matière,
d’énergie et d’informations (penser à relier les propriétés des constituants membranaires aux échanges : par
exemple pour une protéines changement de conformation, liaison avec un ligand, selon l’exemple choisi…).
La participation de la membrane à des processus de transduction peut être signalée ici ou plus loin (cf II.4)
2. Membrane et intégrité cellulaire
Idées et notions à construire :
A partir de l’exemple du glycocalyx (glycoprotéines, glycolipides).
La face extracellulaire exhibe des molécules hautement spécifiques identifiant la cellule qui les porte dans
l’organisme. Le message est ici porté par de courtes séquences osidiques (à relier à la grande diversité des oses).
L’ensemble des chaînes osidiques présentes à la surface de la cellule constitue le glycocalyx (également rôle de
protection contre les agressions chimiques et mécaniques).
Schémas, illustrations souhaitables :
Une glycoprotéine transmembranaire (ex : glycophorine A de l’hématie) accompagnée d’une O-glycosylation.
3. Membrane et intégrité tissulaire
Idées et notions à construire :
A partir de l’exemple des jonctions gap et des connexines permettant le transfert de cellule à cellule via le cytosol
de substances informatives et/ ou nutriments.
L’environnement c’est aussi les autres cellules.
Organisation fonctionnelle d’une protéine impliquée dans une jonction : ce sont des protéines membranaires qui,
regroupées en ensemble fonctionnel, permettent d’assurer l’harmonisation des comportements cellulaires
(jonctions gap) et l’étanchéité des tissus épithéliaux (jonctions serrées).
Schémas, illustrations souhaitables :
Schéma fonctionnel d’une jonction et détail d’une protéine membranaire impliquée dans cette jonction.
4. Membrane et intégration de la cellule dans l’organisme
Idées et notions à construire :
La membrane prend part à la communication entre cellules dans un organisme pluricellulaire : récepteurs
membranaires aux hormones peptidiques (insuline, glucagon), aux neurotransmetteurs ; transduction (ex : opsines/
rhodopsine et transduction du signal lumineux en message nerveux ; message hormonal  augmentation AMPc).
Transition : les protéines membranaires sont impliquées dans les interactions de la cellule avec son
environnement, interactions mises en jeu dans les échanges de matière, dans le maintien de l’intégrité de la cellule
et du tissu auquel elle appartient, dans la communication entre cellules. D’autres protéines sont impliquées dans la
structuration de la cellule et/ou des tissus.
III. La membrane plasmique participe à la structuration cellulaire voire tissulaire
1. Jonctions serrées et régionalisation fonctionnelle de la membrane
Idées et notions à construire :
Les jonctions serrées bloquent les diffusions latérales : la cellule est régionalisée par sa membrane (entre autre).
Dans le cas de l’entérocyte, c’est un élément de la polarisation fonctionnelle de la cellule.
Schémas, illustrations souhaitables :
Schéma fonctionnel de la polarité membranaire de l’entérocyte entretenue avec les jonctions serrées.
2. Maintien de la forme cellulaire et cytosquelette
Idées et notions à construire :
A partir d’un schéma simplifié du réseau de spectrine d’une hématie vu en MET.
Importance des protéines de liaison, des protéines extrinsèques intracellulaires
Généralisation au rôle de l’actine et ses interactions avec les protéines membranaires.

3. Jonctions d’ancrage et lien avec le cytosquelette
Idées et notions à construire :
Cadhérines, jonctions adhérentes, desmosomes, interaction intercellulaire assurant la cohésion mécanique entre
cellules et/ou avec la matrice extracellulaire (hémidesmosome).
Particularités fonctionnelles des intégrines (transduction mécano-chimique de signaux).
Montrer qu’il existe un continuum structural MIC-MEC grâce à la membrane plasmique.
Schémas, illustrations souhaitables :
Jonctions d’adhérence ; intégrine reliée à la fibronectine de la MEC et au cytosquelette.
4. Membrane plasmique et mise en place des MEC : cas des cellules végétales
Idées et notions à construire :
Des complexes enzymatiques membranaires en rosette utilisent le glucose comme substrat pour synthétiser la
cellulose. Ces complexes se déplacent dans la membrane, guidés par les microtubules (d’où l’architecture
pariétale).
Conclusion :
La membrane est un édifice multifonctionnel – un bref récapitulatif peut être fait des fonctions de la membrane
évoquées plus haut : rôle structurant, interface, échanges de matière et d’énergie, d’informations. –
Ces différentes fonctions sont assurées par trois grandes catégories moléculaires : lipides, protéines et glucides,
dont les propriétés expliquent l’implication. Cependant, il faut souligner que c’est l’assemblage de ces constituants
en un édifice supramoléculaire qui fait émerger toutes les particularités fonctionnelles de la membrane plasmique :
« le tout est supérieur à la somme de ses parties ».
Plusieurs ouvertures possibles…
- Endomembranes si le lien est fait avec la spécificité fonctionnelle des compartiments, la nature des
constituants des endomembranes (différences quantitatives et qualitatives des protéines et lipides
membranaires / mb plasmique),
- Spécificité des constituants de la membrane plasmique et spécialisation cellulaire (lien avec le protéome
cellulaire),
….