Professeur Jean-Luc Olivier > Faculté de Médecine [email protected] Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie

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Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie

cellulaire

Interface hydrophile / Hydrophobe

Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire

Interface hydrophile / Hydrophobe (1/2)

Maintien des différences de composition

- entre cytosol et milieu extracellulaire (membrane plasmique)

- entre cytosol et organelles

Nécessité de transporteurs transmembranaires pour les molécules hydrophiles

- Mode de transport: transports facilités ou actifs

- Structure des transporteurs: canaux, pores ou autres structures

Système d’importation et d’exportation de matériel biologique vers/à partir de la cellule et dans la cellule (noyau vers cytosol)

Rôle biologique +++++

Transmission de signauxcommunication entre les cellules, à l’intérieur de l’organisme

LigandLigand

Récepteur

Membrane

Protéines de signalisation

Effet dansEffet dansla cellulela cellule

MédiateursMédiateurs

de l’extérieur à l’intérieur des cellules

- Adaptation du comportement cellulaire

- Connexion des récepteurs membranaires (protéines) à des voies de signalisation intracellulaire (enzymes, kinases)


Interface hydrophile / Hydrophobe (2/2)

Membranes = source de médiateurs d’origine lipidiques pour générer les signaux intracellulaires

Les membranes comportent des domaines spécialisés:-groupement de différents récepteurs et de protéines de signalisation- connexions avec le cytosquelette

Conclusion:Les membranes plasmiques et intracellulaires jouent rôle fondamentaldans la vie (et la mort) cellulaire

Membrane

Protéines de signalisation Effet dansEffet dans

la cellulela cellule

MédiateursMédiateurs


Transmission de signaux à traversla membrane plasmique

1) protéines: différents modes d’association aux membranes - protéines transmembranaire

- protéines périphériques Leur nature dépend du type cellulaire la cellule et des compar- timents membranaires Leur proportion (/ lipides) dépend aussi du type de la cellule

2) lipides Leur proportion dépend du type cellulaire et membranaire ~50% de la masse

Plusieurs types de lipides

Structure générale commune malgré des fonctions différentes

Exemple de la membrane plasmique


Les constituants membranaires

1- Les phospholipides

3- Cholestérol : molécules polycycliques 30% des lipides membranaires indispensable

Glycérophospholipides - Glycérol - 2 acides gras - tête polaire phosphate + X

Tri-Alcool

Sphingomyélines - Sphingosine - 1 acide gras - tête polaire phosphate + choline

Amino-Alcool

FonctionsFonctionsAlcoolAlcool

- Sphingosine - 1 acide gras - tête glucidique Pas de phosphate

2- Les glycolipides


Les constituants membranaires: les lipides

membrane plasmique membrane mitochondriale

PC 19 39

PE 18 27

PI 1 7

PS 8 8.5

Sph 17 0

glycolipides 10 0

cholestérol 27

La composition des membranes en lipides différent suivant l'espèce, le type de membranes, le type cellulaire etc....

- phosphatidylcholines,

- sphingomyélines,

- phosphatidyléthanolamines,

- phosphatidylsérines,

-phosphatidylinositols

Abon-dance

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-

Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire

Les lipides membranaires

Acides grasPC

érythrocytesPE

érythrocytesPS

cerveau

C14:0 0,6 0,3

C16:0 33,4 16,7 7,0

C18:0 14,1 8,2 43,2

C20:0 0,1 0,1

C22:0 <0,1 0,1

C18:1 9 12,6 15,1 10,7

C20:1 9 0,2 0,4 0,4

C18:2 6 19,9 6,2 0,9

C18:3 6 <0,1 <0,1

C20:4 6 8,2 24,5 5,6

C18:3 3 <0,1 <0,1

C20:5 3 0,2 0,4

C22:6 3 2,12,1 6,76,7 23,823,8

Acide oléiqueAcide oléique

Acide linoléiqueAcide linoléique

Acide linoléniqueAcide linolénique

Acide arachidonique

Acide docosahexaénoïque

Acide eicosapentaénoïque

Acide palmitique

Acide stéarique

Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaireDiversité des acides gras dans les glycérophospholipides

Feuilletexterne

Feuilletinterne

40

%50

0

10

20

30

40

50

10

20

30

Phospholipidestotaux

Sphingo-myéline

lécithine(PC)

phosphatidyléthanolamine

(PE)

phosphatidylsérine(PS)

phosphatidylinositol

(PI)

lent, flipase

flip- flop


Les lipides des membranes cellulaires :maintien d'une asymétrie

grande quantité dans la membrane plasmique : 30% des lipides

HO

tête polaire

structurecyclique rigide

- Rigidifie les bicouches de phospholipides en phase fluide (acides gras saturés et insaturés, têtes polaires PE et PC)

- Fluidifie DPPC (acide gras palmitique, tête PC)

partiehydrophobe

interface

partie hydrophile

"in vitro" dans les liposomes

Cholineglycérol


Interactions cholestérol-glycérophospholipides

glycérolP

choline

HO

Le cholestérol limite « l’amplitude de mouvement »de la chaîne acylée (interactions hydrophobes)


Fluidité membranaire, cholestérol,acides gras polyinsaturés

HO

Interactions avec les phospholipides : interactions hydrophobes

HO

structurecyclique rigide

partiehydrophobe

interface

partie hydrophileCholine

sphingomyéline

Le cholestérol présente une affinité pour les sphingomyélines

en raison de la présence d’un acide gras saturé et de la partie

hydrophobe de la sphingosine


Interactions cholestérol-sphingomyélines

domaines riches en acides aminés apolaires formation d'hélices

Les protéines transmembranaires (intrinséques)

HO

-

HO

-

HO

-

NH3+ ou COO-

-OOC ou +3HN


Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (1/5)

domaines riches en acides aminés apolaires formation d'hélices

Les protéines transmembranaires (intrinséques)

Exemple des récepteurs à 7 segments transmembranaires

« récepteurs couplés aux protéines G »

membranemembrane H1 H2 H7H3 H4 H5 H6

CytosolCytosol

ExtracellulaireExtracellulaire

C1 C2C4

C5COO-

NH3+

E1 E2 E3 E4

Protéines GProtéines G

- 7 hélices de 22-24 résidus hydrophobes- Structure ancestrale (bactériorhodopsine)



Associations labiles: phénomène de translocation

Exemple: après phosphorylation d’une protéine

Translocation et association avec lysine d’une protéine intrinséque

Les protéines extrinséques:associations non covalentes aux protéines intrinséques

extracellulaire

intracellulaire

extracellulaire

intracellulaire



Certaines protéines ont desdomaines de reconnaissancedes phosphatidyl-inositol:Domaines PH ou pleckstrine

- - - - - - -lys+

lys lys lys lys lys lys+ + + + + +

Les protéines extrinséques:associations non covalentes

aux phospholipides

Phospholipides acides(PSPS ou PA ou PI)

PIP3

P

PP P

PH

P

PP P

P

kinase

ExtracellulaireExtracellulaire

membranemembrane

Kinases dépendantes desKinases dépendantes desphosphatidyl-inositidesphosphatidyl-inositides



Insertion d’une « ancre » hydrophobe dans la membrane

Insertion stable ou

Désinsertion possible après action d’une enzyme (phénomène de translocation)

Les protéines extrinséques:association à la membrane par des ancres lipidiques

extracellulaire

intracellulaire

extracellulaire

intracellulaire



membrane

association covalente à des lipides : acides gras« ancre » lipidique

CO

H-N - CH2 - C - O

Protéine 1

14

myristoylGlycine N-terminale

Acide gras 14 carbones

CH3 CH3 CH3

CH2 - S - CH2 - CH - NH -

C O OCH3

Protéine

farnésylCys (méthyl ester)C-terminale

Analogue d’acides gras:Farnésyl ou géranyl

motifs isoprénes

L’acide myristique et le farnésyl sont fixés surla protéine au cours de sa maturation. Laprotéine est ensuite ancrée dans la membrane

Site « consensus »: CAAXA= acides aminés hydrophobesX détermine farnésylation ou géranylation


Les protéines extrinséques (1/3)

16

CO

1 NH- O - CH2 - CH CO

Protéine

16

CO

1 NH- S - CH2 - CH CO

Protéine

palmitoyl

palmitoyl

Ser ou Thr interne

Cys interne

membrane

association covalente à des lipides : acides gras« ancre » lipidique

Réversibilité:

Addition de l’acide palmitique: protéine acyltransférasesDélétion de l’acide palmitique: protéine thioestérases

Autres acides gras possibles



Feuillet externemembrane

association covalente à des lipides : ancre glypié

P

Famille de protéineExemple : protéine du prion

Ethanolamine

Mannoses GlucosamineCO

H2N

Protéine

Inositol

Phospho-lipase C

Phospho-lipase D

PhospholipidesPhospholipides



Modèle de la mosaïque fluide"mer de lipides dans laquelle nagent des protéines"

Amendement au modèle : microdomainesexemple : cavéoles (protéine=cavéoline)


Modèle de la mosaïque fluide

Extracellulaire

Intracellulaire

Domaines riches en :-CholestérolSphingolipides-Protéines de signalisation-cavéoline


Amendement au modèle de la mosaïque fluide:les « radeaux » lipidiques

Auto-test sur les membranes

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