7/22/2019 1 S Morandat Membranes
1/33
1
LES MEMBRANES BIOLOGIQUESLES MEMBRANES BIOLOGIQUES
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
2/33
2
La composition
La composition
Les lipides
Les lipides
Les acides grasLes glycrophospholipidesLes ther phospholipidesLes sphingolipidesLes glycolipidesLe cholestrol (strode)Caractre amphiphileAuto-assemblage des lipides dans leau
La membrane plasmique : diffusion et asymtrie
La membrane plasmique : diffusion et asymtrie
Les protines membranaires
Les protines membranaires
La membrane plasmique
La membrane plasmique
Les protines membranaires intrinsquesLes protines membranaires modifications lipidiques
Historique
Thorie des RaftsLe glycocalyx
La diffusion latrale des protinesLa diffusion latrale des lipidesExemplesLes limitations
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
3/33
3
Les parts des diffrents constituants (glucides, protines et lipides) varient d'un
type cellulaire l'autre. On peut nanmoins donner en exemples les valeurs
trouves pour le globule rouge :
Lipides : 49% (55% de phospholipides, 25% de cholestrol et 20% de glycolipides)
Glucides : 8% (glycocalyx)
Protines : 43%
La composition
La composition
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
4/33
4
Les lipidesLes lipides
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
5/33
5
Les lipides : les acides grasLes lipides : les acides gras
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
6/33
6
Les lipides : les glycrophospholipidesLes lipides : les glycrophospholipides
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
7/33
7
Les lipides : les glycrophospholipidesLes lipides : les glycrophospholipides
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
8/33
8
Les lipides : les glycrophospholipidesLes lipides : les glycrophospholipides
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
9/33
9
Les lipides : les thers phospholipidesLes lipides : les thers phospholipides
Les plasmalognes :
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
10/33
10
Les lipides : les sphingolipidesLes lipides : les sphingolipides
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
11/33
11
Les lipides : les glycolipidesLes lipides : les glycolipides
DAG Ceramide
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
12/33
12
Les lipides : le cholestrol (strode)Les lipides : le cholestrol (strode)
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
13/33
13
Une tte hydrophile et une (ou plusieurs) queue(s) hydrophobe(s)
D aprs Delattre et al., Les liposomes, aspects technologiques, biologiques
et harmacolo i ues, Les ditions INSERM, 1993
Caractre amphiphileCaractre amphiphile
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
14/33
14
Auto-assemblage des lipides dans leauAuto-assemblage des lipides dans leau
Le concept de forme
Effet hydrophobe (force de Van derWaals) = force principaledassemblage des molculeslipidiques
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
15/33
15
Les protines associes la membrane par des modifications
lipidiques :-S-Palmitoylation-N-Myristoylation-Isoprnylation-Glypiation
Les protines intrinsques :en interaction avec les cur hydrophobe de la membrane
Les protines extrinsques :faiblement associes la membrane par des interactions lectrostatiques
Les protines membranairesLes protines membranaires
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
16/33
16
La bactriorhodopsine
Les protines membranaires intrinsquesLes protines membranaires intrinsques
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
17/33
17
Indice dhydrophobicitPossibilit de prdire les zones de la protine localises
dans la bicouche lipidique
Les protines membranaires intrinsquesLes protines membranaires intrinsques
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
18/33
18
La Porine Omp F ( Outer Membrane Protein ) de Escherichia coli
Structure en barrel, 16 feuillets anti-parallles
Transport ions et solutshydrophiles < 600 kDa
Association en trimres
Les protines membranaires intrinsquesLes protines membranaires intrinsques
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
19/33
19
Myristoylation
COO-
Gly
NHO =
Palmitoylation
C COO-
O =S
NH2
COO-C
S
NH2
Isoprnylation
P
O-CH2-CH
2-C=O
H2N
Glypiation
Extracellulaire
Intracellulaire
Co-traductionnelle Post-traductionnelle
Les protines membranaires modifications lipidiquesLes protines membranaires modifications lipidiques
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
20/33
20
1813: Eugne Chevreul dcrit le concept d'acide gras.1847: Thodore Nicolas Gobley isole la lcithine du jaune d'oeuf. Il est defait le dcouvreur des phospholipides.1855: Von Ngeli et Carl Eduard Cramer crent le concept de membraneen tant que barrire pour expliquer les phnomnes osmotiques.1890: Lord Raleigh ralise une srie d'expriences sur l'interface eau-huileet calcule l'paisseur d'un film d'huile la surface d'une tendue d'eau.1895-1899: Charles Ernest Overto dcouvre que la capacit d'unesubstance traverser la membrane dpend de son caractre hydrophobe. Il
formule l'hypothse d'une membrane compose de lipides.1917: Irving Langmuir tudie la structure des films d'huile la surface del'eau. Il formule l'hypothse d'une monocouche d'acide gras s'orientantverticalement, le groupe carboxyl orient vers l'eau et la chane alkyle
oriente vers l'air.
La membrane plasmique : historiqueLa membrane plasmique : historique
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
21/33
21
1925: Gorter et Grendel dmontrent la capacit de certains lipides formerdes simples et des doubles couches. Ils montrent galement que la surfacedes lipides extraits des globules rouges est gale deux fois la surface deces cellules. Ils sont ainsi les premiers formuler l'hypothse d'unemembrane cellulaire forme d'une double couche de lipides.1935: James Frederic Danielli et Hugh Davson formulent l'hypothse d'unemembrane cellulaire compose d'une bicouche de lipides en sandwich entredeux couches de protines.
1965 Bangham, Standish et Watkins synthtisent les premiers liposomes partir de lcithine d'uf dshydrate.
La membrane plasmique : historiqueLa membrane plasmique : historique
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
22/33
22
1972: Jonathan S. Singer et Garth L. Nicholson repensent l'hypothse deDanielli et Davson et dcrivent le modle de la mosaque fluide. Lamembrane est toujours organise en bicouche mais les ttes polaires desphospholipides sont directement en contact avec l'eau. Les protines
membranaires flottent dans ou en surface des lipides.
paisseur de lamembrane plasmique
entre 5 et 7 nm
Modle montr laid
de la microscopielectronique
La membrane plasmique : historiqueLa membrane plasmique : historique
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
23/33
23
Depuis les annes 70, des extractions avec des dtergents ont permis demettre en vidence des clusters de lipides organiss de manire semi-cristalline et appels microdomaines (Sackmann, Israelachvili and
Karnovsky).
Ces clusters sont enrichis en sphingolipides, cholestrol et glycolipides etils sont rsistants au traitement par un dtergent non-ionique froid.
La membrane plasmique : thorie des raftsLa membrane plasmique : thorie des rafts
Ces microdomaines ont galement t montrs dans des cellules (Simons,van Meer, Brown, Rose and Ikonen). Ils sont enrichis en certains lipides
mais galement en certaines protines particulires et sont appels rafts .Les rafts sont petits (10-200 nm), htrognes et trs dynamiques. Ilssemblent impliqus dans la signalisation cellulaire mais leur rle exact resteencore dfinir.
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
24/33
24
Schma de lorganisation des rafts(daprs N.M. Hooper, 1998)
Protine pied dancrage GPIProtine transmembranaire
Sphingomyline
Cholestrol
Phospholipide
acides gras spcifiquesProtine de la
famille des Src-kinases
Matrice extracellulaire
Cytoplasme
Membrane
plasmique
Phospholipide
Glyco-sphingo-lipides
La membrane plasmique : thorie des raftsLa membrane plasmique : thorie des rafts
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
25/33
25
La membrane plasmique : le glycocalyxLa membrane plasmique : le glycocalyx
Le glycocalyx (ou feutrage micro fibrillaire ou cell coat ou encoreglycolemme) est un lment existant chez tous les types cellulaireseucaryote qui est compos est compos de glycoprotines et de glycolipides.
Sa fonction principale est d'aider lareconnaissance intercellulaire (denombreux sucres exposs lasurface cellulaire appartiennent au
systme complexe majeurd'histocompatibilit).
De plus, c'est une barrire
dynamique l'adhsion cellulaires.
Il joue galement un rle contre lesagressions mcaniques, chimiques etenzymatiques.
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
26/33
26
La membrane plasmique : diffusion et asymtrieLa membrane plasmique : diffusion et asymtrie
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
27/33
27
La diffusion latrale des protinesLa diffusion latrale des protines
Le coefficient de diffusion est reli la fluidit (la viscosit) de lamembrane.
Le coefficient de diffusion latrale dune protine sphrique est :
DL = k.T/(8...a)Aveck : constante de Bolzmann : viscosit de la membranea : rayon de la particule sphrique.
Sa dimension est le m.s-1, titre dexemple une molcule qui a uncoefficient de diffusion de 10-12 m.s-1 balaye une surface de 4 mpar seconde.
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
28/33
28
La diffusion latrale des lipidesLa diffusion latrale des lipides
Le milieu lipidique nest pas considr comme continu vis--vis de sapropre diffusion, on applique donc la thorie de lespace libre olon considre quun lipide se dplace par sauts dans un espace
contigu libr par les fluctuations des autres lipides.
Le coefficient de diffusion latrale dun lipide est :
DL = (1/4)..
Avec : frquence du saut : longueur du saut.
La longueur du saut peut-tre estime 0,7 nm (distance sparantdeux lipides), la frquence du saut est comprise entre 107 et 108 s-1
donc les coefficients de diffusion sont denviron 10-11-10-15 m.s-1.
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
29/33
29
La diffusion latrale : exemple pour les lipidesLa diffusion latrale : exemple pour les lipides
DMPC
DMPC + cholestrol
10-15
10-13
10-11
DL (m2.s-1)
Temprature (C)10 20 30
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
30/33
30
La diffusion latrale : exemple pour les protinesLa diffusion latrale : exemple pour les protines
Modification de la diffusion latrale desprotines :
-la fluidit lipidique
-le rapport lipide/protineDL peu modifi par la masse molaire.
3.10-1330
10-115000
DL (m.s-1)lipide/
protine(mole/mole)
5.10-12Chanesdsordonnes
10-14Chanes ordonnes
DL
(m.s-1)Transporteur
danions dans
3.10-12250 kDa
Rcepteur delActhylcholine
5.10-12100 kDaCa++ ATPase
10-1130 kDa
Bactriorhodopsine
DL (m.s-1)MM protine
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
31/33
31
La diffusion latrale des lipides : limitationsLa diffusion latrale des lipides : limitations
-Prsence de protines (cristaux 2D)
aquaeporin-1
-Interactions avec le cytosquelette
-Interactions avec la matrice extracellulaire
-Prsence de certains lipides (cholestrol)
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
32/33
32
Rappels sur la matrice extracellulaireRappels sur la matrice extracellulaire
7/22/2019 1 S Morandat Membranes
33/33
33
LES MEMBRANES BIOLOGIQUESLES MEMBRANES BIOLOGIQUES