membrane plasmique - Poly-Prepas

Structure etfonction de lamembrane1

• Frontière entrel’intérieur et l’extérieurde la cellule• Contrôle des entréeset des sorties de lacellule (échangescellulaires)• Compartimentsintérieurs de la cellules(organitesmembranaires)La surface demembrane àl'intérieur de lacellule est souventplus grande que lasurface autour de lacellule.2

Structure de la membrane• Épaisseur : 7 à 8 nm• Deux feuillets visiblesau microscopeélectroniqueIl faudrait superposer 10 000épaisseurs de membrane pour obtenirl’épaisseur d’une feuille de papier.1 nm (nanomètre) = 1/1000 de µmPhotographie aumicroscope électroniqued'une membrane3

Composition chimique• LipidesPhospholipidesCholestérol (15% à 50% des lipides)• Protéines• Glucides4

Hydrophilie et hydrophobie5

Les lipides de la membrane6

LIPIDES• Phospholipides (deuxcouches)• Cholestérol (15% à 50 %du total des lipides)Cholestérol : rôle dans le maintien de la fluiditéde la membrane7

glycérophospholipides8

Comportement des phospholipides face à l'eau:Groupementphosphate polairehydrophileAcides gras nonpolaireshydrophobes9

Lesphospholipidesmélangés à l’eaupeuvent formerdes micelles,petites sphèresformées d’unedouble couche demolécules.10

Les lipides de la membrane11

Les lipides de la membrane12

Mouvement des lipides14

Isolement des protéines membranaires15

Protéines transmembranaires16

Protéines intrinsèques1, 2, 3, 4 : protéines intrinsèques ; 5,6 : protéinesextrinsèques17

Protéines intrinsèques transmembranaires18

Protéines associées à des lipides par des liaison covalentes19

Protéines associées à des lipides par des liaison covalentes20

Protéines associées à la membrane par des liaisonsnon covalentes21

Expérience démontrant la mobilité des protéines dela membrane.22

Fonctions des protéines• le transport transmembranaire ;• la réception d'informations ;• les mécanismes de reconnaissance cellulaire ;• l'inhibition de contact ;• l'adhérence entre cellules ;• des activités enzymatiques très variées ;• des liaisons structurales avec des éléments de la matrice exracellulaire;• la fixation de substances médicamenteuses, de virus, de toxines ou de cellules.23

TransportBeaucoup de substancespénètrent dans la cellule enpassant par des protéinesformant des "tunnels" à traversla membrane.Certains de ces "tunnels"peuvent se fermer ous'ouvrir.= valves nanotechnologiques24

Canal de membrane25

EnzymesPlusieurs enzymes sont disposées dans lamembrane (le plus souvent la membrane formant lesstructures internes de la cellule).Les enzymes de certaineschaînes métaboliques sontparfois disposées côte à côtedans la membrane.26

RécepteursLes cellules communiquent entre elles parl'intermédiaire de substances chimiquesappelée hormones.Hormone = substance chimique libérée par unecellule et agissant sur une autre cellulePour agir, unehormone doit sefixer sur unrécepteur. Cerécepteur, c'estsouvent uneprotéine de lamembrane.Cellule sensibleà l'hormonehormonerécepteurCelluleinsensible àl'hormone 27

Quelle est l'anomalie?N.B. Dans ce cas, le récepteurest une protéine située àl'intérieur de la cellule (qui n'estdonc pas associée à lamembrane).28

Adhérence entre les cellulesLes cellules adhèrent les unes aux autres parl'intermédiaire de protéines de la membrane.Dans une tumeurcancéreuse, desanomalies à cesprotéines permettentaux cellules de sedétacher de la tumeurprincipale et d'allerformer des tumeurssecondaires(métastases) ailleursdans l'organisme.29

Reconnaissance par le système immunitaire• Le système immunitaire doit pouvoir distinguer ses proprescellules des cellules étrangères.• L’identification des cellules se fait par la reconnaissance deglycoprotéines spécifiques à la surface des cellules :protéines CMH (complexe majeur d’histocompatibilité )(HLA en anglais).• Ces protéines sont très variables d’un individu à l’autre : il yen a 20 sortes différentes environ et chaque sorte peutexister en plus de 50 variétés différentes.• Il n’y a pas deux individus (sauf jumeaux identiques)possédant les mêmes protéines CMH.• Responsables du rejet lors des greffes : le systèmeimmunitaire attaque toute cellule présentant des protéinesCMH différentes de celles qu’il connaît (les siennes).31

Supposons 5 protéinespouvant exister en 4variétés différenteschacunes.En réalité, il y a plus de 20protéines différentes quipeuvent exister en plus de 50variétés différentes chacune.Chaque individu possèdeles 5 protéines différentessur ses cellules.Il y a autant d’individusdifférents qu’il y a decombinaisonspossibles.Combien dans ce cas?32

Modèle de la mosaïque fluide• Deux couches dephospholipides• Protéines à lasurface et à travers• Polysaccharidesattachés aux lipidesou aux protéines• Cholestérol entre lesphospholipides34

Les acides grasinsaturés sontcourbés (les saturéssont rectilignes).saturédouble liaisoninsaturéAcide oléique (insaturé)Acide palmitique (saturé)35

N.B. Les molécules de phospholipides ne sont pas liéesentre elles par des liaisons covalentesCohésion des molécules due :• forces de Van Der Waals entreles acides gras• Interactions hydrophobes entre acides grasL’eau repousse les molécules hydrophobes qui setassent les unes sur les autres36

Les acides gras insaturés augmentent lafluidité de la membrane.Plus les molécules peuvent se rapprocher, plus lesforces de Van Der Waals sont importantes.C’est pourquoi, par exemple, les gras saturés sontsolides à la température de la pièce.37

Mosaïque fluide :Les molécules sont ordonnées, maisse déplacent sans arrêt les unes parrapport aux autres.= cristal liquidev ~ 2 µm / sUn phospholipide donnéchange de position avec unautre plus d’un million de foispar seconde.Si une molécule dephospholipide avait la tailled’une balle de ping-pong(environ 10 millions de foisplus gros), la vitesse seraitde 20 m/s soit environ70Km/hÀ cette échelle, une celluleaurait un diamètre d’environ200 m38

Propriétés d’une membrane de phospholipides :Peut se réparer d’elle-mêmeSi la membrane est percée ou déchirée, les molécules de phospholipidesqui s’étaient écartées les unes des autres peuvent à nouveau se rapprocheret fermer l’ouverture.Peut varier facilement sa tailleSi on ajoute des molécules de phospholipides, celles-ci se joignent auxautres et la membrane s’agrandit. Inversement, elle peut réduire sa taille sion enlève des molécules.Permet à une sphère de se diviserIl suffit de resserrer l’équateur d’une sphère pour obtenirdeux sphères.Deux sphères peuvent fusionner pour enformer une plus grande39

Chaînes de glucides souvent attachées aux lipides(glycolipides) ou aux protéines (glycoprotéines)Ces chaînes de glucides sontfaites de divers monosaccharides.Elles sont très variables d’unindividu à l’autre.Les groupes sanguins (systèmeABO) sont déterminés par 3glycoprotéines, glycoprotéines A,B et O, qui diffèrent l’une del’autre par la composition de leurschaînes de glucides.40

Perméabilité sélectiveLa double couche de lipides est perméable:• Aux molécules très petites (H 2 O,CO 2 , O 2 )• Aux molécules liposolubles(hydrophobes, non polaires)La double couche de lipides estimperméable:• Aux grosses molécules et à la plupart des moléculespolaires• Aux ions (K + , Cl - , Na + )41

Des protéines de la membranepermettent le passage de ce qui nepeut passer à travers les lipides :• Forment des canaux à traversla membraneOU• s’associent auxmolécules àtransporter et lesdéplacent dans lamembrane42

N.B. Ces canaux sontgénéralement spécifiques :une seule substance bienprécise peut les traverser etaucune autre.Donc, ce n'est pasn'importe quellesubstance qui peuttraverser la membrane= perméabilitésélective.43

Les canaux de la membrane sont souvent formés deplusieurs sous-unités :44

Les unités protéiques formant les canaux peuventparfois modifier leur formele canal peut s'ouvrir et se fermer46

Canal ferméCanalouvert47

Exemple: canal ionique permettant le passaged’anions48

Transporteurs de membrane:• Certains peuvent se fermer et s’ouvrir• Sont souvent très sélectifs49

Les transporteurs peuvent se faire et se défairerapidement ==> leur nombre peut varierDONCla perméabilité de la membrane à certainessubstances peut se modifierExemple : effet de l’insuline• Insuline sécrétée par le pancréas• Insuline augmente la perméabilité des cellules auglucose en faisant augmenter le nombre de protéines quitransportent le glucose dans les membranes; sansinsuline, les cellules sont presque imperméables auglucose (pas assez de transporteurs)• Donc, insuline a pour effet de faire baisser le taux deglucose sanguin (le glucose présent dans le sang pénètredans les cellules)Voir Physiologic Effects of Insuline (cliquez sur le 50 bouton« Add Glucose » dans la figure au centre de la page)

Transport passifPassage de substances à travers la membranepeut se faire:• Par transport passif (sans dépense d’énergie)• Par transport actif (avec dépense d’énergie)51

Transport passif:• Diffusion simple• Diffusion facilitée• Osmose52

Diffusion simple53

Une substance diffuse suivant son gradientde concentration : de la zone la plusconcentrée à la zone qui l’est moins.Gradient = différenceLe gradient de concentration entre deux milieux c'estla différence de concentration entre les deux milieux.54

Comment la vitesse de diffusion sera-t-elle modifiée si :On élève la température du milieu?On augmente le gradient (ladifférence) de concentration ?Le nombre de canaux permettant ladiffusion augmente ?56

Quelle serait l'allure de lacourbe illustrant la variation deconcentration dans lecompartiment de gauche enfonction du temps?A B C57

Diffusion facilitéeLa diffusion se fait par l’intermédiaire d’une protéine dela membrane.N .B.• Pas de dépense d’énergie• Se fait selon le gradient de concentration58

OsmoseCôté dilué= hypotoniqueCôté plusconcentré= hypertoniqueMembrane perméable à l’eau, MAIS pasau soluté60

L’eau se déplace du côté hypotonique (dilué) aucôté hypertonique (concentré en soluté)61

L’osmose, c’est l’eau qui se déplace en suivantson gradient de concentrationMolécules d'eau libresMolécules d'eau non libresLes molécules de soluté diminuent le nombre demolécules d'eau qui sont libres de se déplacer. L'eause déplace de là où les molécules libres sontabondantes à là où il y en a moins.62

Poids de lacolonned ’eauPressionosmotique=Pression exercée par lepoids de la colonned’eau (= pression63hydrostatique)

On peut inverser le mouvement des moléculesd’eau en exerçant une pression supérieure à lapression osmotique = OSMOSE INVERSEL’osmose inverse permet,par exemple, de dessalerl’eau de mer ou deconcentrer le sucred’érable.64

Globules rouges en milieu:• Isotonique• Hypotonique• Hypertonique65

Globules rouges en milieu hypertonique66

Cellules d ’élodée en milieu hypotonique et hypertoniqueMilieu hypotoniqueÉtat de turgescenceEAUMilieu hypertoniqueÉtat de plasmolyseQue se produit-il si on plonge des fruits dans dusucre?67

INTESTINL’osmose joue un rôle important dans ledéplacement des liquides dans l’organismeSANGLIQUIDEINTERSTITIELLIQUIDEINTRACELLULAIREREINSQue se produirait-il sile sang devenaithypertonique ?Et s’il devenaithypotonique ?68

L’eau traverse la membrane des cellules :• En passant entre les molécules de phospholipides• En passant par des canaux protéiques spécifiquesaux molécules d’eau : les aquaporinesLes aquaporines (on en connaîtplus de 200 sortes différentes) sontparticulièrement nombreuses dansdes cellules comme celles destubules du rein et des racines desplantes où le passage de l’eaujoue un rôle important.Peter Agre s’est mérité le Nobel de chimie2003 pour sa découverte des aquaporinesen 198869

Dans la membrane, lesaquaporines forment descomplexes de quatre canauxaccolésmolécules d’eau70

Un poisson vivant en eau de mer est-il en milieuhypo, hyper ou isotonique?L’eau de meresthypertoniqueEau(par osmose)SelComment le poisson peut-il survivre?(par diffusion)71

Pourquoi peut-on conserver des aliments dans de lasaumure (solution saturée de sel)?72

On place, àgauche, 1 Molede NaClOn place, àdroite, 1 Mole deglucoseY aura-t-il osmose ?L'eau va se déplacer de droite à gauche. Pourquoi?73

1 Mole NaCl1 Mole glucose1 Mole Na +1 Mole glucose+1 Mole Cl -2 Moles de soluté 1 Mole de solutéLes électrolytes ont un pouvoir osmotique(c’est ce qu’on appelle l’osmolarité) plus grandque les non électrolytes74

Transport actif:Ressemble à la diffusion facilitée (nécessite untransporteur) MAIS:• Besoin d’une source d’énergie (ATP)• Peut se faire CONTRE le gradient deconcentrationIndique une dépense d'énergie 75

Transport actif76

La pompe à sodium / potassiumIl y a aussi despompes à K + ,Na + , Ca ++ , H +78

Pompe Na + / K +79

Transport actifpermet auxcellules deconserver unmilieu intérieurdifférent dumilieuextérieur:80

3 types de protéines de transport selon ladirection du transport :• Uniport : une substancespécifique traverse un canalprotéique (cas le plus fréquent)• Symport : deux substances,ensemble dans la même direction(l'une ne passe pas sans l'autre,les deux doivent passerensemble).• Antiport : deux substances ensens contraire (l'une est échangéecontre l'autre).AABABAABAB81

• Symport :ABUn ion (Na + en général) diffuse en suivant songradient de concentration. Cette diffusion permetà une substance de traverser en même tempsCONTRE son gradient de concentration.• Pompe à Na + / glucose (cellules de l'intestin)• Pompe à Na + / glucose (cellules de l'intestin)Le Na + traverse en suivant son gradient deconcentration (gradient entretenu par untransporteur actif) et le glucose le suit CONTRE sonpropre gradient.• Pompe Na+ / ac. aminés dans les reins• Pompe Na+ / Iode dans la glande thyroïde83

• AntiportABUn ion (Na + en général) diffuse en suivant songradient de concentration. Ce déplacement permet àune substance de traverser en sens inverse CONTREson gradient de concentration.• Pompe Na + / Mg ++ : la diffusion du Na + dans lacellule permet l'expulsion du Mg ++ contre songradient.• Pompe Na + / K + : le transport actif du Na+ dansune direction permet le transport du K+ dansl'autre.84

Antiport Na + / Ca ++85

Un cas particulier de transport actif: le cotransportEx. Transport du saccharose:1. Transport actif deH + par la pompe àproton2. Formation d’ungradient (différence)de concentrationet d’un gradientélectrique de part etd’autre de la membrane[H + ] [H + ]+86

3- Diffusion des ions H + avec le saccharose(symporteur)Le couplage peut aussi se faire avec un antiport87

Symport lactose / H +Membrane de la bactérieEscherichia coli[H + ][H + ]Antiport Na + / H + etAntiport Ca ++ / 2H +Ensemble de pompes àprotons (transporteursactifs d’ions H + ) quimaintiennent le gradientde concentration en H +intérieurextérieurSymport proline / H +88

Transport des macromolécules• Exocytose• Endocytose89

EndocytoseExocytose90

Cas particulier d’endocytose :• Pinocytose = endocytose d’une petite gouttelette dumilieu extérieur : non spécifique• Endocytose par récepteurs interposés : très spécifiqueLes molécules de soluté se fixent à des récepteurs spécifiques (des protéines de lamembrane). Ce mécanisme permet à la cellule d’accumuler rapidement dessubstances extracellulaires peu concentrées.• Phagocytose = endocytose d’une grosse particule91

Phagocytose d’une bactérie par un globule blancComment le globule blanc arrive-t-il à suivre labactérie ? Lire cet article pour en savoir plus.Voir aussi : phagocytose d’un vieuxglobule rouge par un globule blanc92

FIN93