FICHE STRUCTURE ET PERMEABILITE MEMBRANAIRE

Alina Zerbi (TSN)

MEC : Matrice extra-cellulaire Cyt : cytoplasme EIM : espace intermembranaire

5 nm

Membrane = Bicouche lipidique + Pores protéiques Epaisseur de 5nm

Feuillet externe

Feuillet interne

Protéines transmembranaires

Protéine périphérique

Glucide Glycoprotéine

Glycolipide

Cholestérol

Lipides (phospholipides ++)

Cytoplasme

Milieu extracellulaire

STRUCTURE MEMBRANAIRE

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)

G

P

AG

AG Alcool

Phosphatidyl Ethanolamine 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)

C3

Remarque : en position C1, il s’agit souvent d’un AGS et en position C2 , on a un AGPI

C1

C2

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 : ⊝

CHARGES DES GLYCEROPHOSPHOLIPIDES

G

AG

AG

G

P

AG

AG Inositol

Les glycéroglycolipides :

Les glycéroglycolipides sont constitués : d’un glycérol (G) + 2 acides gras (AG) + sucre

Le glycosylphosphatidylinositol (GPI) :

Le glycosylphosphatidylinositol est constitué : d’un glycérol (G) + 2 acides gras (AG) + un phosphate + un inositol + un sucre Il sert à l’ancrage de protéines dans la membrane.

Glycosyl Phosphatidyl

LES SPHINGOLIPIDES (à partir de la sphingosine)

La sphingomyéline :

S

P AG

Alcool

Ethanolamine Choline

Tête hydrophile

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.

La sphingomyéline est constituée : d’une sphingosine (S) + 1 acides gras (AG) + un phosphate (P) + un alcool (éthanolamine ou choline)

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)

Phospholipide (phosphate)

Sphingolipide (sphingosine)

Glycérolipide (glycérol)

Glycolipide (sucre)

Glycérophospholipide

Glycosphingo lipide

Sphingomyéline

Glycéroglycolipide

GPI

LIPIDES MEMBRANAIRES

+ 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 Glycolipides Phospho/Glycolipide

Glycérolipides Glycérophospholipide Glycéroglycolipides GPI

Sphingolipides Sphingomyéline Glycosphingolipide

P

S G G

AG

AG S

AG

G P

AG

AG Alcool

S

P AG

Alcool

P

G P

AG

AG Inositol

PAS DE TRIGLYCERIDES DANS LES MEMBRANES ! NI LE CHOLESTEROL ESTERIFIE

Cholestérol LIBRE

G P

AG

AG Alcool

Queue hydrophobe Tête hydrophile

Zone hydrophobe (=Lipophile) Zone hydrophile (=Lipophobe)

ORGANISATION DES LIPIDES EN BICOUCHE

Amphiphile = partie hydrophobe + partie hydrophile

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 Traversent bicouche

Protéines périphériques Accolées à la membrane

A traversée unique Hélices α

A traversées multiples Hélices α et feuillets β

Isoprénylées Farnésyle

Face interne

Myristoylées Myristate

Face interne

Ancrage GPI Face externe

Interactions faibles avec PL (Electrostatiques)

Interactions faibles avec protéines

Ancrées partiellement

Hélices α

Ct

RAS

Cystéine Nt

Glycine

Src

GPI

Ct Prot

Prot = acetylcholine esterase, T cadhérine ou Thy-1

PGH2 synthase Caténines

Cadhérines

(transmembranaires)

Prot

Prot = annexine ou myosine I. (Liaison à la PS)

Cytoplasme

MEC

15C 14C

Radeau lipidique = 50 nm

Protéine transmembranaire

Protéine à ancrage GPI

Cholestérol

AGS AGPI

Rigide Fluide

Sphingolipides

RADEAUX LIPIDIQUES

Cytoplasme

MEC

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.

AGPI AGS AGS Cholestérol

GRADIENT ELECTROCHIMIQUE

Forte concentration de Glucose

Peu de Glucose

Gradient de Glucose : le sens du gradient va du + concentré vers le - concentré

Intracellulaire : K+ Extracellulaire : CA2+ NA+ Cl- EIM 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

ATP 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 TRANSPORTEURS CANAUX

POMPES = Transports actif primaires

Energie des photons =Pompes à protons Bactériorhodopsine de l’archéobactérie Halobactérium Halobium

Energie de l’ATP = ATPases

FO/F1

Type F (F0/F1) =ATP synthase -Eubactéries -Mitochondries -Chloroplaste (mb interne) Peut fonctionner dans les 2 sens !!

Type V (V0/V1) -Vacuoles eucaryotes -Archéobactéries Sens unique !

Transporteurs ABC C’est la + grande famille MDR1/MDR2/CFTR Cancer +++ (résistance) -mb + RE + organites

Pompes cationiques de type P (E1/E2) -10 domaines TM -Transconformation E1/E2

EIM

Cytoplasme Rétinal

Bactériorhodopsine

H+ H+

H+

H+ H+ H+

ADP ATP

ATP synthase

F1

F0

ADP ATP

H+

H+

Milieu ext ou Cyt

Matrice

EIM V1

V0

ATP ADP

H+

Cyt

Na+/K+ -25% eie conso -Gradient Iaire

H+/K+ -pH=1,5 Oméprazole =inhibiteur

Cu2+ Maladie de Wilson (mutation)

Ca2+ SERCA1 -stockage calcium dans RE

β 1 STM

α 10 STM

Na+ ou H+

K+

K+

Na+ ou H+

E1 E2 E2 E1

K+

Na+ H+ ou Ca2+

Transconformation E1/E2

Phosphorylation oxydative

MEC

ADP

ATP

Cyt.

MEC

TRANSPORTEURS 12 hélices α (ou 6 pour la mitochondrie)

SANS ENERGIE Diffusion facilitée

Uniport Transport de 1 soluté dans le sens de son

gradient

AVEC ENERGIE Couplage transport passif et actif

Symport = cotransport

Transport de 2 solutés dans la même direction (1 dans le sens de son gradient et l’autre à contre-sens)

Antiport Transport de 2 solutés dans des directions opposées (1 dans le sens de son gradient et l’autre à

contre-sens)

GLUT1: hématies SLGT1: entérocyte ANC: mitochondrie

MEC

Glc

MEC

Na+ Glc Diffusion facilitée Transport actif Diffusion facilitée Transport actif

EIM

ADP

ATP

Cyt Cyt

CANAUX

1 seul STM = Min K -Passage de K+ -ouverture et fermeture lente

Mécanosensibles =MsCL -S’ouvrent par étirement -Peu sélectifs -Flux important

Voltage dépendants

Ca2+ Transduction du signal

Na+ Inactivation par boucle entre domaines

K+ Inactivation par élément flexible en Nt

=> Pot action

Activés par un ligand

Extracellulaire ->Neurotransmetteurs (synapse) Canal sodique

Intracellulaire

Canaux cationiques S5/S6 (M1/M2) -2 STM ≠ voltage dépendants !

Rectification interne -2 STM ≠ voltage dépendants ! Quand pot<seuil : entrée K+ MIC Quand pot>seuil : sortie K+ MEC (lente) : ramène pot repos KIR -1 : Rein -2 : Cœur + cerveau -3/3.1/3.2 : ryhtmogènes cardiaques

Sodiques épithéliaux -Apicaux -Réabsorption Na+ au niveau du rein -Mutation des canaux => Maladie de Liddl sur CT : ouverture trop longue donc réabsorption ++ et HTA PAS DE GATING

Activés par ATP extracellulaire = purinergiques (P2X) -Pas de boucle P donc peu sélectif

Ct

Nt

Nt Ct S1 S2 S3 S4 S5 S6

S1 S2 S3 S4 S5

Nt

Ct

Nt

Ct

S6

Fixation pour le canal calmoduline/Ca2+ dépendant

Fixation pour les canaux GMPc dépendants (vision + odorat)

Nt Ct

M1 M2

M1 M2

Nt Ct

x4

β α

K+

Na+

Na+

Urine

Rein

Canal Na+ épithélial

Pompe Na+/K+ Rétablit gradient

Sélectivité : Boucle P de perméabilité = + sélectif

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.

OUVERTURE DES CANAUX