membrane plasmique - Poly-Prepas
membrane plasmique - Poly-Prepas
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Structure et<br />
fonction de la<br />
<strong>membrane</strong><br />
1
• Frontière entre<br />
l’intérieur et l’extérieur<br />
de la cellule<br />
• Contrôle des entrées<br />
et des sorties de la<br />
cellule (échanges<br />
cellulaires)<br />
• Compartiments<br />
intérieurs de la cellules<br />
(organites<br />
membranaires)<br />
La surface de<br />
<strong>membrane</strong> à<br />
l'intérieur de la<br />
cellule est souvent<br />
plus grande que la<br />
surface autour de la<br />
cellule.<br />
2<br />
cellule.
Structure de la <strong>membrane</strong><br />
• Épaisseur : 7 à 8 nm<br />
• Deux feuillets visibles<br />
au microscope<br />
électronique<br />
Il faudrait superposer 10 000<br />
épaisseurs de <strong>membrane</strong> pour obtenir<br />
l’épaisseur d’une feuille de papier.<br />
1 nm (nanomètre) = 1/1000 de µm<br />
Photographie au<br />
microscope électronique<br />
d'une <strong>membrane</strong><br />
3
Composition chimique<br />
• Lipides<br />
Phospholipides<br />
Cholestérol (15% à 50% des lipides)<br />
• Protéines<br />
• Glucides<br />
4
Hydrophilie et hydrophobie<br />
5
Les lipides de la <strong>membrane</strong><br />
6
LIPIDES<br />
• Phospholipides (deux<br />
couches)<br />
• Cholestérol (15% à 50 %<br />
du total des lipides)<br />
Cholestérol : rôle dans le maintien de la fluidité<br />
de la <strong>membrane</strong><br />
7
glycérophospholipides<br />
8
Comportement des phospholipides face à l'eau:<br />
Groupement<br />
phosphate polaire<br />
hydrophile<br />
Acides gras non<br />
polaires<br />
hydrophobes<br />
9
Les<br />
phospholipides<br />
mélangés à l’eau<br />
peuvent former<br />
des micelles,<br />
petites sphères<br />
formées d’une<br />
double couche de<br />
molécules.<br />
10
Les lipides de la <strong>membrane</strong><br />
11
Les lipides de la <strong>membrane</strong><br />
12
Mouvement des lipides<br />
14
Isolement des protéines membranaires<br />
15
Protéines transmembranaires<br />
16
Protéines intrinsèques<br />
1, 2, 3, 4 : protéines intrinsèques ; 5,6 : protéines<br />
extrinsèques<br />
17
Protéines intrinsèques transmembranaires<br />
18
Protéines associées à des lipides par des liaison covalentes<br />
19
Protéines associées à des lipides par des liaison covalentes<br />
20
Protéines associées à la <strong>membrane</strong> par des liaisons<br />
non covalentes<br />
21
Expérience démontrant la mobilité des protéines de<br />
la <strong>membrane</strong>.<br />
22
• le transport transmembranaire ;<br />
• la réception d'informations ;<br />
• les mécanismes de reconnaissance cellulaire ;<br />
• l'inhibition de contact ;<br />
• l'adhérence entre cellules ;<br />
• des activités enzymatiques très variées ;<br />
Fonctions des protéines<br />
• des liaisons structurales avec des éléments de la matrice exracellulaire;<br />
• la fixation de substances médicamenteuses, de virus, de toxines ou de cellules.<br />
23
Transport<br />
Beaucoup de substances<br />
pénètrent dans la cellule en<br />
passant par des protéines<br />
formant des "tunnels" à travers<br />
la <strong>membrane</strong>.<br />
Certains de ces "tunnels"<br />
peuvent se fermer ou<br />
s'ouvrir.<br />
= valves nanotechnologiques<br />
24
Canal de <strong>membrane</strong><br />
25
Enzymes<br />
Plusieurs enzymes sont disposées dans la<br />
<strong>membrane</strong> (le plus souvent la <strong>membrane</strong> formant les<br />
structures internes de la cellule).<br />
Les enzymes de certaines<br />
chaînes métaboliques sont<br />
parfois disposées côte à côte<br />
dans la <strong>membrane</strong>.<br />
26
Récepteurs<br />
Les cellules communiquent entre elles par<br />
l'intermédiaire de substances chimiques<br />
appelée hormones.<br />
Hormone = substance chimique libérée par une<br />
cellule et agissant sur une autre cellule<br />
Pour agir, une<br />
hormone doit se<br />
fixer sur un<br />
récepteur. Ce<br />
récepteur, c'est<br />
souvent une<br />
protéine de la<br />
<strong>membrane</strong>. Cellule sensible<br />
à l'hormone<br />
hormone<br />
récepteur<br />
Cellule<br />
insensible à<br />
l'hormone 27
Quelle est l'anomalie?<br />
N.B. Dans ce cas, le récepteur<br />
est une protéine située à<br />
l'intérieur de la cellule (qui n'est<br />
donc pas associée à la<br />
<strong>membrane</strong>).<br />
28
Adhérence entre les cellules<br />
Les cellules adhèrent les unes aux autres par<br />
l'intermédiaire de protéines de la <strong>membrane</strong>.<br />
Dans une tumeur<br />
cancéreuse, des<br />
anomalies à ces<br />
protéines permettent<br />
aux cellules de se<br />
détacher de la tumeur<br />
principale et d'aller<br />
former des tumeurs<br />
secondaires<br />
(métastases) ailleurs<br />
dans l'organisme.<br />
29
Reconnaissance par le système immunitaire<br />
• Le système immunitaire doit pouvoir distinguer ses propres<br />
cellules des cellules étrangères.<br />
• L’identification des cellules se fait par la reconnaissance de<br />
glycoprotéines spécifiques à la surface des cellules :<br />
protéines CMH (complexe majeur d’histocompatibilité )<br />
(HLA en anglais).<br />
• Ces protéines sont très variables d’un individu à l’autre : il y<br />
en a 20 sortes différentes environ et chaque sorte peut<br />
exister en plus de 50 variétés différentes.<br />
• Il n’y a pas deux individus (sauf jumeaux identiques)<br />
possédant les mêmes protéines CMH.<br />
• Responsables du rejet lors des greffes : le système<br />
immunitaire attaque toute cellule présentant des protéines<br />
CMH différentes de celles qu’il connaît (les siennes).<br />
31
Supposons 5 protéines<br />
pouvant exister en 4<br />
variétés différentes<br />
chacunes.<br />
En réalité, il y a plus de 20<br />
protéines différentes qui<br />
peuvent exister en plus de 50<br />
variétés différentes chacune.<br />
Chaque individu possède<br />
les 5 protéines différentes<br />
sur ses cellules.<br />
Il y a autant d’individus<br />
différents qu’il y a de<br />
combinaisons<br />
possibles.<br />
Combien dans ce cas?<br />
32
Modèle de la mosaïque fluide<br />
• Deux couches de<br />
phospholipides<br />
• Protéines à la<br />
surface et à travers<br />
• <strong>Poly</strong>saccharides<br />
attachés aux lipides<br />
ou aux protéines<br />
• Cholestérol entre les<br />
phospholipides<br />
34
Les acides gras<br />
insaturés sont<br />
courbés (les saturés<br />
sont rectilignes).<br />
double liaison<br />
Acide oléique (insaturé)<br />
saturé<br />
insaturé<br />
Acide palmitique (saturé)<br />
35
N.B. Les molécules de phospholipides ne sont pas liées<br />
entre elles par des liaisons covalentes<br />
Cohésion des molécules due :<br />
• forces de Van Der Waals entre<br />
les acides gras<br />
• Interactions hydrophobes entre acides gras<br />
L’eau repousse les molécules hydrophobes qui se<br />
tassent les unes sur les autres<br />
36
Les acides gras insaturés augmentent la<br />
fluidité de la <strong>membrane</strong>.<br />
Plus les molécules peuvent se rapprocher, plus les<br />
forces de Van Der Waals sont importantes.<br />
C’est pourquoi, par exemple, les gras saturés sont<br />
solides à la température de la pièce.<br />
37
Mosaïque fluide : Les molécules sont ordonnées, mais<br />
se déplacent sans arrêt les unes par<br />
rapport aux autres.<br />
Un phospholipide donné<br />
change de position avec un<br />
autre plus d’un million de fois<br />
par seconde.<br />
= cristal liquide<br />
v ~ 2 μm / s<br />
Si une molécule de<br />
phospholipide avait la taille<br />
d’une balle de ping-pong<br />
(environ 10 millions de fois<br />
plus gros), la vitesse serait<br />
de 20 m/s soit environ<br />
70Km/h<br />
À cette échelle, une cellule<br />
aurait un diamètre d’environ<br />
200 m<br />
38
Propriétés d’une <strong>membrane</strong> de phospholipides :<br />
Peut se réparer d’elle-même<br />
Si la <strong>membrane</strong> est percée ou déchirée, les molécules de phospholipides<br />
qui s’étaient écartées les unes des autres peuvent à nouveau se rapprocher<br />
et fermer l’ouverture.<br />
Peut varier facilement sa taille<br />
Si on ajoute des molécules de phospholipides, celles-ci se joignent aux<br />
autres et la <strong>membrane</strong> s’agrandit. Inversement, elle peut réduire sa taille si<br />
on enlève des molécules.<br />
Permet à une sphère de se diviser<br />
Il suffit de resserrer l’équateur d’une sphère pour obtenir<br />
deux sphères.<br />
Deux sphères peuvent fusionner pour en<br />
former une plus grande<br />
39
Chaînes de glucides souvent attachées aux lipides<br />
(glycolipides) ou aux protéines (glycoprotéines)<br />
Ces chaînes de glucides sont<br />
faites de divers monosaccharides.<br />
Elles sont très variables d’un<br />
individu à l’autre.<br />
Les groupes sanguins (système<br />
ABO) sont déterminés par 3<br />
glycoprotéines, glycoprotéines A,<br />
B et O, qui diffèrent l’une de<br />
l’autre par la composition de leurs<br />
chaînes de glucides.<br />
40
Perméabilité sélective<br />
La double couche de lipides est perméable:<br />
• Aux molécules très petites (H 2O,<br />
CO 2, O 2)<br />
• Aux molécules liposolubles<br />
(hydrophobes, non polaires)<br />
La double couche de lipides est<br />
imperméable:<br />
• Aux grosses molécules et à la plupart des molécules<br />
polaires<br />
• Aux ions (K + , Cl - , Na + )<br />
41
Des protéines de la <strong>membrane</strong><br />
permettent le passage de ce qui ne<br />
peut passer à travers les lipides :<br />
• Forment des canaux à travers<br />
la <strong>membrane</strong><br />
OU<br />
• s’associent aux<br />
molécules à<br />
transporter et les<br />
déplacent dans la<br />
<strong>membrane</strong><br />
42
Donc, ce n'est pas<br />
n'importe quelle<br />
substance qui peut<br />
traverser la <strong>membrane</strong><br />
= perméabilité<br />
sélective.<br />
N.B. Ces canaux sont<br />
généralement spécifiques :<br />
une seule substance bien<br />
précise peut les traverser et<br />
aucune autre.<br />
43
Les canaux de la <strong>membrane</strong> sont souvent formés de<br />
plusieurs sous-unités :<br />
44
Les unités protéiques formant les canaux peuvent<br />
parfois modifier leur forme<br />
le canal peut s'ouvrir et se fermer<br />
46
Canal<br />
ouvert<br />
Canal fermé<br />
47
Exemple: canal ionique permettant le passage<br />
d’anions<br />
48
Transporteurs de <strong>membrane</strong>:<br />
• Certains peuvent se fermer et s’ouvrir<br />
• Sont souvent très sélectifs<br />
49
Les transporteurs peuvent se faire et se défaire<br />
rapidement ==> leur nombre peut varier<br />
DONC<br />
la perméabilité de la <strong>membrane</strong> à certaines<br />
substances peut se modifier<br />
Exemple : effet de l’insuline<br />
• Insuline sécrétée par le pancréas<br />
• Insuline augmente la perméabilité des cellules au<br />
glucose en faisant augmenter le nombre de protéines qui<br />
transportent le glucose dans les <strong>membrane</strong>s; sans<br />
insuline, les cellules sont presque imperméables au<br />
glucose (pas assez de transporteurs)<br />
• Donc, insuline a pour effet de faire baisser le taux de<br />
glucose sanguin (le glucose présent dans le sang pénètre<br />
dans les cellules)<br />
Voir Physiologic Effects of Insuline (cliquez sur le 50 bouton<br />
« Add Glucose » dans la figure au centre de la page)
Transport passif<br />
Passage de substances à travers la <strong>membrane</strong><br />
peut se faire:<br />
• Par transport passif (sans dépense d’énergie)<br />
• Par transport actif (avec dépense d’énergie)<br />
51
Transport passif:<br />
• Diffusion simple<br />
• Diffusion facilitée<br />
• Osmose<br />
52
Diffusion simple<br />
53
Une substance diffuse suivant son gradient<br />
de concentration : de la zone la plus<br />
concentrée à la zone qui l’est moins.<br />
Gradient = différence<br />
Le gradient de concentration entre deux milieux c'est<br />
la différence de concentration entre les deux milieux.<br />
54
Comment la vitesse de diffusion sera-t-elle modifiée si :<br />
On élève la température du milieu?<br />
On augmente le gradient (la<br />
différence) de concentration ?<br />
Le nombre de canaux permettant la<br />
diffusion augmente ?<br />
56
Quelle serait l'allure de la<br />
courbe illustrant la variation de<br />
concentration dans le<br />
compartiment de gauche en<br />
fonction du temps?<br />
A B C<br />
57
Diffusion facilitée<br />
La diffusion se fait par l’intermédiaire d’une protéine de<br />
la <strong>membrane</strong>.<br />
N .B.<br />
• Pas de dépense d’énergie<br />
• Se fait selon le gradient de concentration<br />
58
Osmose<br />
Côté dilué<br />
= hypotonique<br />
Côté plus<br />
concentré<br />
= hypertonique<br />
Membrane perméable à l’eau, MAIS pas<br />
au soluté<br />
60
L’eau se déplace du côté hypotonique (dilué) au<br />
côté hypertonique (concentré en soluté)<br />
61
L’osmose, c’est l’eau qui se déplace en suivant<br />
son gradient de concentration<br />
Molécules d'eau libres<br />
Molécules d'eau non libres<br />
Les molécules de soluté diminuent le nombre de<br />
molécules d'eau qui sont libres de se déplacer. L'eau<br />
se déplace de là où les molécules libres sont<br />
abondantes à là où il y en a moins.<br />
62
Pression<br />
osmotique<br />
=<br />
Poids de la<br />
colonne<br />
d ’eau<br />
Pression exercée par le<br />
poids de la colonne<br />
d’eau (= pression<br />
63<br />
hydrostatique)
On peut inverser le mouvement des molécules<br />
d’eau en exerçant une pression supérieure à la<br />
pression osmotique = OSMOSE INVERSE<br />
L’osmose inverse permet,<br />
par exemple, de dessaler<br />
l’eau de mer ou de<br />
concentrer le sucre<br />
d’érable.<br />
64
Globules rouges en milieu:<br />
• Isotonique<br />
• Hypotonique<br />
• Hypertonique<br />
65
Globules rouges en milieu hypertonique<br />
66
Cellules d ’élodée en milieu hypotonique et hypertonique<br />
Milieu hypotonique<br />
État de turgescence<br />
EAU<br />
Milieu hypertonique<br />
État de plasmolyse<br />
Que se produit-il si on plonge des fruits dans du<br />
sucre?<br />
67
INTESTIN<br />
SANG<br />
REINS<br />
Que se produirait-il si<br />
le sang devenait<br />
hypertonique ?<br />
Et s’il devenait<br />
hypotonique ?<br />
L’osmose joue un rôle important dans le<br />
déplacement des liquides dans l’organisme<br />
LIQUIDE<br />
INTERSTITIEL<br />
LIQUIDE<br />
INTRACELLULAIRE<br />
68
L’eau traverse la <strong>membrane</strong> des cellules :<br />
• En passant entre les molécules de phospholipides<br />
• En passant par des canaux protéiques spécifiques<br />
aux molécules d’eau : les aquaporines<br />
Les aquaporines (on en connaît<br />
plus de 200 sortes différentes) sont<br />
particulièrement nombreuses dans<br />
des cellules comme celles des<br />
tubules du rein et des racines des<br />
plantes où le passage de l’eau<br />
joue un rôle important.<br />
Peter Agre s’est mérité le Nobel de chimie<br />
2003 pour sa découverte des aquaporines<br />
en 1988<br />
69
Dans la <strong>membrane</strong>, les<br />
aquaporines forment des<br />
complexes de quatre canaux<br />
accolés<br />
molécules d’eau<br />
70
Un poisson vivant en eau de mer est-il en milieu<br />
hypo, hyper ou isotonique?<br />
L’eau de mer<br />
est<br />
hypertonique<br />
Sel<br />
Comment le poisson peut-il survivre?<br />
Eau<br />
(par osmose)<br />
(par diffusion)<br />
71
Pourquoi peut-on conserver des aliments dans de la<br />
saumure (solution saturée de sel)?<br />
72
On place, à<br />
gauche, 1 Mole<br />
de NaCl<br />
Y aura-t-il osmose ?<br />
On place, à<br />
droite, 1 Mole de<br />
glucose<br />
L'eau va se déplacer de droite à gauche. Pourquoi?<br />
73
1 Mole NaCl<br />
1 Mole Na +<br />
+<br />
1 Mole Cl -<br />
1 Mole glucose<br />
1 Mole glucose<br />
2 Moles de soluté 1 Mole de soluté<br />
Les électrolytes ont un pouvoir osmotique<br />
(c’est ce qu’on appelle l’osmolarité) plus grand<br />
que les non électrolytes<br />
74
Transport actif:<br />
Ressemble à la diffusion facilitée (nécessite un<br />
transporteur) MAIS:<br />
• Besoin d’une source d’énergie (ATP)<br />
• Peut se faire CONTRE le gradient de<br />
concentration<br />
Indique une dépense d'énergie<br />
75
Transport actif<br />
76
La pompe à sodium / potassium<br />
Il y a aussi des<br />
pompes à K + ,<br />
Na + , Ca ++ , H +<br />
78
Pompe Na + / K +<br />
79
Transport actif<br />
permet aux<br />
cellules de<br />
conserver un<br />
milieu intérieur<br />
différent du<br />
milieu<br />
extérieur:<br />
80
3 types de protéines de transport selon la<br />
direction du transport :<br />
• Uniport : une substance<br />
spécifique traverse un canal<br />
protéique (cas le plus fréquent)<br />
• Symport : deux substances,<br />
ensemble dans la même direction<br />
(l'une ne passe pas sans l'autre,<br />
les deux doivent passer<br />
ensemble).<br />
• Antiport : deux substances en<br />
sens contraire (l'une est échangée<br />
contre l'autre).<br />
A A<br />
A<br />
B<br />
81<br />
A<br />
B<br />
A A<br />
B B
• Symport :<br />
Un ion (Na + Un ion (Na en général) diffuse en suivant son<br />
gradient de concentration. Cette diffusion permet<br />
à une substance de traverser en même temps<br />
CONTRE son gradient de concentration.<br />
+ en général) diffuse en suivant son<br />
gradient de concentration. Cette diffusion permet<br />
à une substance de traverser en même temps<br />
CONTRE son gradient de concentration.<br />
• Pompe à Na + / glucose (cellules de l'intestin)<br />
• Pompe à Na + / glucose (cellules de l'intestin)<br />
Le Na + traverse en suivant son gradient de<br />
concentration (gradient entretenu par un<br />
transporteur actif) et le glucose le suit CONTRE son<br />
propre gradient.<br />
• Pompe Na+ / ac. aminés dans les reins<br />
• Pompe Na+ / Iode dans la glande thyroïde<br />
A<br />
B<br />
83
• Antiport<br />
Un ion (Na + Un ion (Na en général) diffuse en suivant son<br />
gradient de concentration. Ce déplacement permet à<br />
une substance de traverser en sens inverse CONTRE<br />
son gradient de concentration.<br />
+ en général) diffuse en suivant son<br />
gradient de concentration. Ce déplacement permet à<br />
une substance de traverser en sens inverse CONTRE<br />
son gradient de concentration.<br />
• Pompe Na + / Mg ++ : la diffusion du Na + dans la<br />
cellule permet l'expulsion du Mg ++ contre son<br />
gradient.<br />
• Pompe Na + / K + : le transport actif du Na+ dans<br />
une direction permet le transport du K+ dans<br />
l'autre.<br />
A<br />
84<br />
B
Antiport Na + / Ca ++<br />
85
Un cas particulier de transport actif: le cotransport<br />
Ex. Transport du saccharose:<br />
1. Transport actif de<br />
H + par la pompe à<br />
proton<br />
2. Formation d’un<br />
gradient (différence)<br />
de concentration<br />
et d’un gradient<br />
électrique de part et<br />
d’autre de la <strong>membrane</strong><br />
[H + ] [H + ]<br />
+<br />
86
3- Diffusion des ions H + avec le saccharose<br />
(symporteur)<br />
Le couplage peut aussi se faire avec un antiport<br />
87
[H + ]<br />
[H + ]<br />
intérieur extérieur<br />
Symport lactose / H +<br />
Membrane de la bactérie<br />
Escherichia coli<br />
Antiport Na + / H + et<br />
Antiport Ca ++ / 2H +<br />
Ensemble de pompes à<br />
protons (transporteurs<br />
actifs d’ions H + ) qui<br />
maintiennent le gradient<br />
de concentration en H +<br />
Symport proline / H +<br />
88
Transport des macromolécules<br />
• Exocytose<br />
• Endocytose<br />
89
Endocytose<br />
Exocytose<br />
90
Cas particulier d’endocytose :<br />
• Pinocytose = endocytose d’une petite gouttelette du<br />
milieu extérieur : non spécifique<br />
• Endocytose par récepteurs interposés : très spécifique<br />
Les molécules de soluté se fixent à des récepteurs spécifiques (des protéines de la<br />
<strong>membrane</strong>). Ce mécanisme permet à la cellule d’accumuler rapidement des<br />
substances extracellulaires peu concentrées.<br />
• Phagocytose = endocytose d’une grosse particule<br />
91
Phagocytose d’une bactérie par un globule blanc<br />
Comment le globule blanc arrive-t-il à suivre la<br />
bactérie ? Lire cet article pour en savoir plus.<br />
Voir aussi : phagocytose d’un vieux<br />
globule rouge par un globule blanc<br />
92
FIN<br />
93