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