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Structure et Dynamique des Lipides.

Master de Chimie, (Chimie Moléculaire du Vivant), Université Bordeaux 1

Erick Dufourc, UMR5248 CBMN, CNRS-UBx-BxINP, (+33 5 4000 6818, : [email protected]

Erick J. Dufourc, CNRS, janvier 2010 1

Structure et Dynamique des Lipides.

Master de Chimie, (Chimie Moléculaire du Vivant), Université Bordeaux 1

Introduction: les membranes

A.  Classes de lipides

B.  Extraction, purification et caractérisation des lipides membranaires

C.  Structures cristallines D.  Hydratation des lipides

E.  Dynamique des lipides


Les membranes biologiques

cellule

mitochondrie

Réticulum sarcoplasmique et Golgi

Virus HIV


Les membranes biologiques

Membrane plasmique et réseau d’actine

Double couche de lipides


A. Classes de lipides

1.  Glycérolipides (dérivés du glycérol)

2.  Sphingolipides (dérivés de la sphingosine)

3.  Stéroïdes (dérivés du cholestérol)

4.  Autres



A1. Les glycérolipides (dérivés du squelette glycérol)

a) Glycérophospholipides

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

OP

O-O

baseO

Base = H2C

CH2

N+

CH3

CH3

CH3choline H2C

CH2

N+

H

H

Hethanolamine H2C

CHC

H

H

OHHO

glycérol

H

H2C

CHN+

H

H

HC

O O-sérine

HOOH

OH

OH

OH

inositol

Ø  1,2–diacyl-sn-glycerol-3-phospho-base

chaînes de 12 à 24 carbones



Glycérophospholipide particulier :

Ø  diphosphatidylglycérol (cardiolopide)

O

O

CH2

CH

H2CO

O

OP O-

O

O

O

O

CH2

CH

H2CO

O

OP

O-O

CH2

CH

H2C

OH

O

Présent dans les mitochondries



Nomenclature IUPAC :

•  1,2-diacyl-sn-glycerol-3-phosphocholine

ou aussi :

•  1,2-diacylphosphatidylcholine

•  phosphatidylcholine (PC)

abréviations :

PA = phosphatic acid

PC = phosphatidylcholine

PE = phosphatidylethanolamine

PS = phosphatidylsérine

PG = phosphatidylglycérol

PI = phosphatidylinositol

CL = cardiolipine



Ø  1,2–dialkyl-sn-glycerol-3-phospho-base (liens éther, archébactéries)

OCH2

CH (R)

H2C O

O

PO-

O

baseO

Ø  1-alkenyl-2–acyl-sn-glycerol-3-phospho-base (plasmogène, myéline, RS cardiaque)

O CH2

CH (R)1

H2C O

O

O PO-

O

O base

Vinyl-éther

Ø  1-acyl-sn-glycerol-3-phospho-base (lysolipides)

O

O

CH2

CH1

(R)

H2C O

HO

PO-

O

O baseHydrolyse de la fonction ester, lyso PC, lyso PE, …



Ø  1,2–diacyl-sn-glycerol-3 –sucre

Ø  1,2–diacyl-sn-glycerol-3 –sucre-sucre

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

O O

HOOH

OH

CH2OH

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

O O

HOOH

OH

O

HOOH

OH

CH2OH

O

Monogalactosyldiglycéride (MGDG)

Galactose (Gal)

Digalactosyldiglycéride (DGDG)

Algues, bactéries (peu chez les animaux)

b) Glycéroglycolipides



A2. Les sphingolipides (dérivés du squelette sphingosine)

a) Céramides (N-acyl sphingosine)

Ø  sphingosine

(R)

(S)

OH

CH2OH

NH2C15

(R)

(S)

OH

CH2OH

NH

O

Longueur et insaturations variables

Contenus dans la peau



b) Sphingophospholipides (N-acyl sphingosine)


Sphingomyéline (base = choline), retrouvé dans les globule rouges

(R)

(S)

OH

NH

O

baseO

PO

O

O-

Ø  céramide-1-phospho-base

Base = •  Choline

•  Éthanolamine •  Inositol

•  Glycérol



b) Sphingoglycolipides


Ø  céramide-1-sucre

(R)

(S)

OH

NH

O

sucre

Cérébrosides (retrouvés dans le cerveau)



c) sphingoglycolipides (cérébrosides)


Présents à la surface des cellules : reconnaissance, groupes sanguins (avec protéines glycosilées)

Ø  céramide-1-sucres

sucres = •  glucose (Glc)

•  galactose (Gal)

(R)

(S)

OH

NH

O

sucre



A3. Les stéroïdes

a) Dérivés du cholestérol (animaux)

HO

A B

C D

HO

A B

C D

Ø  sulfate de cholestérol

O-O3S

Ø  esters de cholestérol

O

O

Peau, spermatozoïdes

Ex: palmitate de cholestérol (transport du cholestérol)



b) Phytostérols (végétaux)

Principaux squelettes Cholestane

Ergostane

Stigmastane



c) Hopanoïdes (bactéries) (OH)

OH

(OH)

A3. Autres

a) Acides gras et alcools

En général de 12 à 24 atomes de carbone

Handbook of phospholipids, Cevc, Dekker, 1993

Erick J. Dufourc, CNRS, janvier 2010

17


b) Diacylglycérols

O

O

CH2

CH (S)

H2C OH

O

O

Hydrolyse des phospho et glycolipides

c) Lipides des archébactéries (sédiments pétroles, volcans)

R O CH2

CH

H2C X

R OOH2C

HC

CH2X

O Liens éther

R =


B. Extraction, purification des lipides

B1. Extraction

Membranes + 20 volumes MeOH/CHCl3 (1:2)

Filtration centrifugation

Extrait lipidique (lipides solubilisés)

Séparation de phases: Phase méthanolique :

Sphingolipides acides Sphingoglycolipides

Phase chloroformique :

Phospholipides Stérols

Lipides non membranaires (mono, di, triglycérides,

acides gras)



B2. Purification

LE TG

AG DG

C MG

PL

Rf 1

0

Rf 1

LN PE PI PS PC

SPH LPL

0

Rf 1

G7 G6 G5 G4 G3 G2 G1

0

1 2 3

Plaque de verre

Gel de silice

Front d’élution

Dépot

Chromatographie : colonne (alumine, silice), plaque (couche mince) –TLC-, liquide haute performance –HPLC-

1. Heptane/éther/acide acétique (60/40/2) : lipides polaires/non polaires

2. Méthanol/acide acétique/eau (60/50/14) : phospholipides

3. Propanol/eau (7/3) : gangliosides

Eluants

Migration : capillarité Révélation : UV, Iode, PO4, NH2 Séparation : affinité gel solvant



B2. Purification

HPLC : colonne de silice ou greffée C18, C6, etc

Temps de rétention Erick J. Dufourc, CNRS, janvier 2010

21


B2. Purification

Caractérisation des chaînes hydrocarbonées : GPC (lipides hydrolysés, acides gras méthylés -volatils-)

Temps de rétention

I C12:0

C14:0

C16:0

C18:1

C18:2

La quantité d’acides gras dans un mélange est proportionnelle à la surface d’un pic



B2. Composition lipidique des membranes

En % Myéline Érythrocyte Mitochondrie Microsome E. coli

Cholestérol 25 25 5 6 0

Pl totaux 32 56 95 94 100

Dont PE 14 20 28 17 80

PS 7 11 0 0 0

PC 11 23 48 64 0

PI 0 2 8 11 0

PG 0 0 1 2 15

diPG 0 0 11 0 5

SP totaux 32 18 0 0 0

autres 11 1 0 0 0

Certaines membranes ne contiennent qu’une classe de lipides ex: E. coli Erick J. Dufourc, CNRS, janvier 2010

23


Composition en acides gras dans les phosphocholines (PC)

Membrane 14:0 16:0 16:1 18:0 18:1 18:2 20:1 20:4

Cerveau humain (mat. Blanche)

1,3 34,3 1,0 13,4 45,2 0,4 1,1 1,3

Cerveau humain (mat. grise)

2,9 45,0 3,1 9,3 31,4 0,4 0,7 4,1

Cerveau rat 0,3 45,0 1,4 13,8 32,3 0,4 5,1

Cerveau poulet 0,7 51,0 16,5 26,3 0,7 3,9

Erythrocytes h. 31,2 11,8 18,9 22,8 0,5 6,7



Composition en acides gras dans les phosphoéthalamines (PE)

Membrane 14:0 16:0 16:1 18:0 18:1 18:2 20:1 20:4

Cerveau humain (mat. Blanche)

5,9 0,4 30,4 8,7 0,5 0,5 13,4

Cerveau humain (mat. grise)

6,2 1,1 13,8 43,2 0,5 6,0 7,9

Cerveau rat 0,3 8,3 0,8 28,5 13,2 0,2 0,2 13,2

Cerveau poulet 1,6 17,9 1,1 28,5 12,4 0,4 12,6

Erythrocytes h. 12,9 11,5 11,5 18,1 7,1 0,7 23,7


C. Structures cristallines

Méthodes

•  Glycérolipides (dérivés du glycérol)

•  Sphingolipides (dérivés de la sphingosine)



Méthodes

Croissance des cristaux

Diffraction des RX

Reconstruction 3D



C1. Les glycérolipides

a) Glycérophospholipides

Ø  DMPC ou 1,2–dimyristoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

OP

O-O

baseO

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

OP

O-O

baseO

Système cristallin : monoclinique

β = 97° c = 55,4 Å

a = 8,72 Å

b = 8,92 Å

4 molécules par maille





Structure en bicouche dans le cristal

P

N

Liaisons hydrogène

Dipoles P->N

29



Ø  DMPC

Épaisseur Bicouche = 54,9 Å Épaisseur zone polaire = 10,4 Å

Aire moléculaire = 38,9 Å

Tilt des chaînes = 12°

Section 2 chaînes = 38 Å2

Chaîne sn-2 coudée




Ø  DLPE ou 1,2–dilauroyl-sn-glycerol-3-phosphoéthanolamine


β = 92° c = 9,95 Å

a = 47,7 Å

b = 7,87 Å





Ø  DLPE ou 1,2–dilauroyl-sn-glycerol-3-phosphoéthanolamine

P

N


Aire moléculaire = 38,6 Å


Section 1 chaîne = 19,3 Å2




Ø  Lyso PC ou 1-lauroyl-sn-glycerol-3-phosphocholine

O

O

CH2

CH1

(R)

H2C O

HO

PO-

O

O base


β = 99,7° c = 10,94 Å

a = 24,82 Å

b = 9,53 Å


interdigitation




Ø  Lyso PC ou 1-lauroyl-sn-glycerol-3-phosphocholine

Liaisons hydrogène


Aire moléculaire = 52,1 Å2






Ø  Lyso PE ou 1-lauroyl-sn-glycerol-3-phosphoéthanolamine


β = 99,7° c = 10,94 Å

a = 24,82 Å

b = 9,53 Å


Dipoles P-N à plat




Ø  Lyso PE ou 1-lauroyl-sn-glycerol-3-phosphoéthanolamine

Réseau de liaisons hydrogène N -> O



Tilt des chaînes = 57,5°


Projection sur a-b




O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

OP

O-O

baseO

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

OP

O-O

baseO

base = H

Ø  DMPA ou 1,2 dimyristoyl-sn-glycerol-3-phosphatidic acid


β = 114,19° c = 43,98 Å

a = 5,44 Å

b = 7,95 Å






Chaîne sn-1 coudée

Structure en chevron





P

Na

Épaisseur Bicouche = 40,1 Å Épaisseur zone polaire = - Å






C.1 Les glycérolipides

Ø  1,2–diacyl-sn-glycerol-3 –sucre

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

O O

HOOH

OH

CH2OH

Monogalactosyldiglycéride (MGDG)

Galactose (Gal)

Pas de structure cristalline connue

a) Glycéroglycolipides



C.2 Les sphingolipides


a) Céramides (N-acyl sphingosine)

(R)

(S)

OH

CH2OH

NH

O

b) Sphingophospholipides (N-acyl sphingosine)

(R)

(S)

OH

NH

O

baseO

PO

O

O-

Ø  céramide-1-phospho-base





c) Sphingoglycolipides (cérébrosides)

(R)

(S)

OH

NH

O

sucre


β = 99° c = 46,46 Å

a = 11,2 Å

b = 9,26 Å


Ø  β-D-galactosyl-N-(2-D-hydroxyoctadecanoyl)-D-dihydrosphingosine

Galactosyl ceramide (Cer-Gal)




c) Sphingoglycolipides (cérébrosides)





liaisons hydrogène




d) Glycosphingosine

Ø  1-O-(β-O-glucopyranosyl)-D-ribo-3,4-dihydroxy-2-aminoctadecane

(R)

(S)

OH

CH2OH

NH2

sucre

Système cristallin : orthorhombique

c = 49,71 Å a = 11,36 Å

b = 5,26 Å






Bicouche interdigitée



Résumé

Empilement cristallin = bicouches parfois interdigitées

Épaisseur Bicouche = 40 à 60 Å; 25 Å si interdigitation Épaisseur zone polaire = 10 Å

Aire moléculaire = 40-50 Å2 (Glycerophospho); 50-60 Å2 (Spingoglyco)

Tilt des chaînes = 0 à 60°

Section 1 chaîne = 19 Å2

Réseau de liaisons hydrogène

Système cristallin : monoclinique, orthorhombique


D. Hydratation des lipides

D1. Diagrammes de phase

D2. Lipides en excès d’eau

D3. Mélange de lipides en excès d’eau



D1. Diagrammes de phase (binaires : lipides + eau)

a) Phases

Lipides + eau Lyotropes (polymorphisme = f(conc))

Thermotropes (polymorphisme = f(T))

Règle de Gibbs : nombre de degrés de liberté F = C – P + 2

C = nombre de composants P = nombre de phases

F = C – P + 1 Ou à pression constante :

Régime d’hydratation limité, C=2 ü  1 phase, F=2 (concentration, température) ü  2 phases, F=1 (concentration ou température

ü  3 phases, F =0 (concentration et température fixées)

Excès d’eau, C=1 (concentration fixée : limite d’hydratation)

ü  1 phase, F=1 (température) ü  2 phases, F=0 (température fixée)



b) Techniques de détermination de la nature des Phases

Ø  Diffraction des rayons X ou des neutrons Bragg θλ sin d 2 lk,h,=

Grands angles : ordre à courte distance (3-5 Å), e.g., empilement de chaînes

Petits angles : ordre à longue distance (période > 10 Å), e.g., symétrie du réseau

Type de réseau : •  micellaire (solution)

•  Périodique 1D (lamellaire),

•  Périodique 2D (hexagonal)

•  Périodique 3D

dhsk /=

)( hkkhashk −+= 2222




Ø  Diffraction des rayons X sur un empilement lamellaire




Ø  RMN des solides du phosphore-31 (dispersion de phospholipides)




Ø  cryofracture et microscopie électronique

Création d’une réplique d’un échantillon clivé à basse température

Phase lamellaire



c) Nomenclature des phases (lLuzzati, 1968)

L Réseau mono dimensionnel, lamellaire

P Réseau bi dimensionnel, oblique ou centré (ondulé)

H Réseau bi dimensionnel, hexagonal

HI Réseau bi dimensionnel, hexagonal normal, huile dans eau

HII Réseau bi dimensionnel, hexagonal inverse, eau dans huile

R Rhomboédrique

Q cubique

C Tridimensionnel, cristallin

LC Lamellaire cristallin

Ordre à longue distance

α Chaînes désordonnées, fluide

β Chaînes partiellement ordonnées, gel

β’ Chaînes partiellement ordonnées, tiltées, gel

δ Partiellement ordonné (hélicoïdal), gel

Ordre à courte distance


D. Hydratation des lipides d) Glycérophospholipides + eau

Ø  DMPC, 1,2–dimyristoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

OP

O-O

baseO

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

OP

O-O

baseO

252 =lipide

OH

nn

172 =lipide

OH

nn



d) Glycérophospholipides + eau

Ø  DPPC 1,2–dipalmitoyl-sn-glycerol-3-phosphocholine

92 =lipide

OH

nn




Ø  DLPE 1,2–didodécyl-rac-glycerol-3-phosphoéthanolamine

152 =lipide

OH

nn

TH ~ 120°C

80°C




Ø  DHPE 1,2–dihexadécyl-sn-glycerol-3-phosphoéthanolamine

52 =lipide

OH

nn

TH ~ 90°C

15°C




Ø  DAPE 1,2–diarachinoyl-sn-glycerol-3-phosphoéthanolamine

TH ~ 90°C

10°C


57



Ø  Lyso PC O

O

CH2

CH1

(R)

H2C O

HO

PO-

O

O base

micelles

72 =lipide

OH

nn272 =

lipide

OH

nn



e) Glycéroglycolipides + eau

Ø  MGDG O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

O O

HOOH

OH

CH2OH

1,2-dioleoyl-3-α-D-glucosyl-sn-glycerol

(Cubique inversé)



d) Glycéroglycolipides + eau

Ø  DGDG

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

O O

HOOH

OH

O

HOOH

OH

CH2OH

O



f) Sphingolipides + eau

Ø  Spingophospholipides (R)

(S)

OH

NH

O

baseO

PO

O

O-

502 =lipide

OH

nn

Transition gel-fluide à

Tphisio

352 =lipide

OH

nnLα

Lβ’

Sphingomyéline, cerveau



f) Sphingolipides + eau

Ø  Spingoglycolipides (Galcer)

(R)

(S)

OH

NH

O

sucre

252 =lipide

OH

nnLα

Lβ’

Lα+ H2O

Transition gel-fluide à

haute température

Cérébroside de cerveau de boeuf





a) CMC (concentration micellaire critique)

Définition : nM Mn

micelles

Séparation de phase : monomères + micelles

La concentration en monomères est indépendante de la concentration totale : CMC

Énergie libre de formation des micelles : ΔG = RT Ln (CMC) CMC exprimée en mol.L-1 ou en fraction

molaire Ø  Diacylglycerophosphocholines

- Ln

(CM

C)

10

5

nb de carbones (chaînes acyles) 6 10 16

DPPC (4,6 10-10 mol.L-1)




Ø  Lyso PC, PE -

Ln(C

MC)

10

5

nb de carbones (chaînes acyles) 6 10 16 22

10-5 mol.L-1)

Ø  Glycosphingolipides

(R)

(S)

OH

NH

O

sucre

Chaînes en C18-C22

CMC ~ 10-7 à 10-8 mol.L-1)




b) Phases en excès d’eau (C > CMC)

Ø  Glycérophospholipides

Ø  Glycéroglycolipides

Ø  Sphingophospholipides

PC, PS séquence Lβ’ -- Pβ’ -- Lα PE séquence Lβ’ -- Lα -- HΙΙ Lysos micelles ∀ T

MGDG HII ∀ T (-10°C et 50°C)

DGDG Lα ∀ T (-10°C et 80°C)

séquence Lβ’ -- Lα

Ø  Sphingoglycolipides séquence Lβ’ -- Lα




c) Concept de forme (excès d’eau)

Explication de l’origine des différentes organisations lipidiques (Israelashvilli)

Ø  Volume de la zone hydrophobe vs. Volume de la zone hydrophile

L

(PC,PS)

HI, II

(Lysos,DGDG)

HII, III

(PE,PG)




Ø  paramètres influençant la nature des phases

L

(insaturations)

HI, II HII, III

(cholestérol)

(température)

(hydratation)

Ø  compensation de formes

HI HII +

L




Ø  organisations lipidiques au sein d’une membrane biologique

HI, II

HII, III ?

L

Fusion de cellules

poumons



d) Températures de transition de phases (excès d’eau)

Ø  Définition

t

tt S

HTΔ

Δ=

Lβ (gel) Lα (fluide)

ordre désordreordre désordre

Tm

Th

hexagonal

En général : ΔHH << ΔHL

ΔSH << ΔSL

Th > Tm



d) Températures de transition de phases, (excès d’eau)

v  Températures de transition gel-fluide, Tm

Tm

40

10


70

Gel

Fluide

PC, PE, MGDG

Ø  influence de la longueur des chaînes



d) Températures de transition de phases

Ø  influence du nombre de doubles liaisons Tm

20

00

nb de doubles liaisons en cis et en trans 0 2 4

40

Gel

Fluide PC

(18:0) (18:n) sn-1 sn-2




Ø  influence de la position de la double liaison Tm

20

00

Position de la double liaison 2 10 18

40

Gel

Fluide

PC




Ø  influence de la position de la chaîne

1-(10:0)-2- (18:0) PC 10 PC

(n:0) (m:0) sn-1 sn-2

1-(18:0)-2- (10:0) PC 18.6

1-(14:0)-2- (18:0) PC 39.5 1-(18:0)-2- (14:0) PC 30.5

1-(16:0)-2- (18:0) PC 49 1-(18:0)-2- (16:0) PC 44

1-(12:0)-2- (22:0) PC 37.5 1-(22:0)-2- (12:0) PC 43

Tm °C




Ø  influence de la longueur de l’une des chaînes Tm

20

00

n, chaîne sn-2 10 16 22

40

Gel

Fluide

PC

(16:0) (n:0) sn-1 sn-2




Ø  influence du pH, ex DMPA Tm

20

pH 2 5 8

40

Gel

Fluide

pKa1 pKa2

PO4H2 PO4- H, liens H PO4

2-, répulsions




Ø  influence de la nature de la tête polaire Tm

40

Nature de la tête polaire PA PE PG

50

Fluide

30

20 Gel

PS PC

tête

(14:0) (14:0) sn-1 sn-2


O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

O O

HOOH

OH

CH2OH



Ø  influence du nombre de sucres sur la tête polaire

Tm

Nombre de sucres sur la tête polaire 1

70

Fluide

50

Gel

2

n




v  Températures de transition Lα-HII, Th Th

100

80


120

Lα

HII

PE

Ø  influence de la longueur des chaînes




Ø  influence du nombre de doubles liaisons Th

50

0

nb de doubles liaisons en cis et en trans 0 2 4

100

PE

(18) (18)

Lα

HII




Ø  influence de la force ionique Th

90

80

[NaCl, M] 0 2 4

100

Lα

HII



e) Hydratation des interfaces

Ø  Aire par tête polaire en phase Lα (excès d’eau) H2C

CH2

N+

CH3

CH3

CH3choline

H2C

CH2

N+

CH3

CH3

CH3choline

H2C

CH2

N+

H

H

Hethanolamine

H2C

CH2

N+

H

H

HethanolaminePC = 70 Å2 PE = 57 Å2

DGDG = 80 Å2

PC + Chol (1:1) = 100 Å2

PE + Chol (1:1) = 70 Å2

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

OP

O-O

baseO

HO

A B

C D

HO

A B

C DO

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

O O

HOOH

OH

O

HOOH

OH

CH2OH

O




Ø  Variation de l’aire de la tête avec la température (excès d’eau)

S (Å

2 )

Température °C Tp

70

50

Tm

PC




Ø  Variation de l’aire de la tête avec la température (excès d’eau)

S (Å

2 )

Température °C Tm

70

40

Th

PE

50

60

ordre désordreordre désordre

déshydratation

83


f) Paramètres dimensionnels (excès d’eau), mesure SAXS

Ø  Glycérophosphocholines (DPPC)

(Å)

Température °C 30

20

10

Tm

30

50

40

60

10 20 60

dl

dl

d

d

dw

dw




Ø  Effet de la longueur de chaîne en phase fluide T=Tm + 5°C (PC)

(Å)

Nombre de carbones 14

20

10

16

30

50

40

60

12 18

dl

d

dw

PC




Ø  Glycérophosphatidyléthanolamines (DLPE)

(Å)

20

10

30

50

40

dl

d

dw

Température °C 60 80 20 40 100 120

dl

d

dw

dl

dw d32a =



(Å)

Nombre de carbones 14

20

10

16

30

50

40

60

12 18

dl

d

dw

PE

dl

d

dw


Ø  Effet de la longueur de chaîne en phase fluide T=Tm + 5°C (PE)




Ø  Effet de la longueur de chaîne en phase HII T=Th + 5°C (PE)

(Å)

Nombre de carbones 14 16

20

60

40

80

12 18

dl

a

dw

PE

dl

dw d32a =

20



f) Paramètres dimensionnels

Ø  Glycérophospholipides (PS, PA, PG)

H2C

CHN+

H

H

HC

O O-

H2C

CHC

H

H

OHHO

(Å)

Teneur en eau en % (H20/Lip) 40 50

40

80

60

100

30

dl

d

dw

20

Comportement gonflant

DMPS.NH4+

Phase Lβ’


dl

d

dw

dl

dw d32a =



Ø  Glycéroglycolipides en excès d’eau

(Å)

Température °C 20

20

60

40 dl

a

dw

0

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

O O

HOOH

OH

CH2OH

(Å)

20

20

60

40 dl

d

dw

0

Phase HΙΙ Phase Lα

Température °C

O

O

CH2

CH (R)

H2C O

O

O O

HOOH

OH

O

HOOH

OH

CH2OH

O

MGDG DGDG




Ø  Glycosphingolipides (GalCer) en excès d’eau

(Å)

Température °C 50 70

50

60

30 90

d

d

Cn C24:0

C16:0

LC Lα

(R)

(S)

OH

NH

O

sucre



D3. Mélanges de lipides en excès d’eau

a) Systèmes binaires en excès d’eau

F = C – P + 1 A pression atmosphérique

ü  Existence d’1 phase, P=1, sur une gamme de composition et/ou température variables F=2

Excès d’eau, C=2

ü  Existence de 2 phases, P=2, sur une gamme de composition ou de température définies par les limites du diagramme, F=1

ü  Existence de 3 phases, P=3, pour une composition et une température fixées (point singulier) F=0

Eutectique Péritectique Monotectique Formation de composés « complexes »


D. Hydratation des lipides a) Systèmes binaires en excès d’eau



a) Mélanges de glycérophospholipides en excès d’eau

Ø  DMPC/DPPC C14/C16

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

isomorphe

F+G




Ø  DMPC/DSPC C14/C18

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

isomorphe

F+G




Ø  DMPC/DAPC C14/C20

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

isomorphe

F+G




Ø  DMPC/DBPC C14/C22

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

isomorphe

F+G




Ø  DMPC/DSPC C14/C18

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

F+G

Ø  DSPC/DBPC C18/C22

Ø  différence des longueurs de chaîne

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

F+G

20°C

25°C




Ø  DPPC/DPPE C16/C16

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

F+G isomorphe




Ø  D0PC/DPPE C16/C16

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

F+G Monotectique, péritectique ?

2° phase Lα




Ø  DEPC/DPPE C20:1/C16

Lα, Fluide

Lc, Lβ‘, Gel

F+G Monotectique

2° phase Lα




Ø  DEPC/DPPE C16/C16

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

péritectique

2° phase Gel

F+G



a) Mélanges de glycérophospholipides/Sphigophospholipides en excès d’eau

Ø  DMPC/SPM C14/C16

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

F+G

Analogue à PC/PC



a) Mélanges de glycérophospholipides/Sphigoglycolipides en excès d’eau

Ø  GalCer/DPPC C14/C16

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

Phase cristalline



a) Mélanges de glycérophospholipides/cholestérol en excès d’eau

Ø  DPPC/Chol

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

Phase β : intermédiaire entre

fluide et gel :

liquide ordonné

HO


E.1. Les mouvements a)  Isotropes

b)  Anisotropes

c)  Hydrodynamique

E.2 Mesure de la dynamique

a)  Mouvements intramoléculaires

b)  Mouvements moléculaires

c)  Mouvements collectifs

E.3 Quelques Exemples

E.4. Notions de fluidité membranaire

E. Dynamique des lipides


0 20 40 60 80 100-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

τ

G(τ)

0 20 40 60 80 100-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

τ

G(τ)

E.1. Les mouvements

Les mouvements isotropes Ø  Molécules en solution Ø  Colloïdes de faible taille (< 1000Å)

Equation de Stokes (diffusion isotrope) :

383

61

RTkD B

c πητ==

Viscosité η

2R

Fonction d’auto-corrélation

τc = temps de corrélation du mouvement considéré

ceG ττ

τ−

=)(

E. Dynamique des lipides


E. Dynamique

E1. Les mouvements

Les mouvements anisotropes (direction privilégiée de mouvement)

Intramoléculaire τc ∼ 10-12-10-9 s

Rotations,

isomérisations gauche-trans,

fluctuations locales

Moléculaire τc ∼ 10-9-10-6 s

Rotations, balancement,

diffusion anisotrope

Collectifs τc ∼ 10-6-10-1 s

Modes hydrodynamiques de déformation, twist,

splay, etc.


E. Dynamique

a) Mouvements intramoléculaires

R

R’

RR’

RR’

trans gauche + gauche -

E

Angle de rotation

Rotations autour de liaisons, vibrations

Temps caractéristique, ps

JJ D6

1=τ


E. Dynamique

Mouvements locaux dans une phase cristal liquide

C DC DC DC D

ZD

énergie d’une configuration i

i

iidisp

ii AEEE γ++= int

ZTk

Eep B

i

i

−=

Probabilité d’existence d’une configuration donnée

Énergie potentielle (isomérisation)

Attraction entre chaînes (champ moyen)

Répulsions stériques

γ = pression latérale A = surface de la configuration i

Z = fonction de partition

JJ D6

1=τ


E. Dynamique

Le concept de paramètre d’ordre (Saupe, 1964), phases de cristaux liquides

CH

H

βi

ZD Zk

k

ZD ZD : Axe moléculaire

Zk : Axe local, ⊥ plan H-C-H

Conformère i

Cas à symétrie axiale : orientation d’un axe Z par rapport à un autre axe Z

21β3cosS i

2

izz,−

=k

ii

k p izz,zz S S ∑=Paramètre d’ordre (local) de la position k

Chaîne rigide, ordonnée

1Szz =k

Ptrans = 1 Pj = 0

Chaîne « liquide », désordonnée

0Szz =k

équiprobabilité Pj = Pi

Intérêt :


111

E. Dynamique

Diffusion latérale dans le plan de la bicouche

Equation de diffusion à deux dimensions

τc P 1DP D

tP

2

22

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

∂

∂+

∂

∂=∇=

∂

∂

rrrLL

P(r,t) = probabilité, au temps t qu’une molécule soit à une distance r de l’origine

DL = coefficient de diffusion Latérale (m2s-1)

b) Mouvements moléculaires

Analogie avec le libre parcours moyen <r> d’une particule :

cL

rD

τ4

2

=t = 0

t = τc

r

RTkD B

πη8=(cas isotrope, particule sphérique : )

Lipides : Fréquence νj, distance λ

2

41

λν jLD =

Valeurs types : DL = 10-11 à 10-12 m2s-1


E. Dynamique

Diffusion transverse

Flip-flop

t½


Bicouches étendues : γin = ½ , kin = kout = k/2

out

in

[Lout] [Lin] kin

kout

kin = γin k kout = (1-γin) k γin = nin/ (nin+ nout)

γin

t t½

0,5 t½ = 1/ (Ln2 k)

Valeurs typiques : t½ = heures, jours


E. Dynamique

Diffusion rotationnelle anisotrope

ZN ZN : Axe directeur, ⊥ couche

2

2

//2

22 PDPθcot

θPsinθ

θsinθ1D

tP

ϕϕ ∂

∂+⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

∂

∂+⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛∂

∂

∂

∂=

∂

∂⊥

Équation de rotation diffusion anisotrope :

ZD : Axe de diffusion moléculaire rotation

oscillation Z N

X N

Y N

θ

ϕ

P(θ,ϕ,t) = probabilité, au temps t d’avoir une orientation de la molécule définie par θ et ϕ

D// = coefficient de diffusion // à l’axe de diffusion moléculaire

D⊥ = coefficient de diffusion ⊥ à l’axe de diffusion moléculaire

Temps de corrélation de rotation anisotrope

//// D6

1=τ

⊥⊥ = D6

1τ



E. Dynamique

Paramètre d’ordre moléculaire

ZN

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

213

2θλθ

cos)(U

θ

λ = amplitude du potentiel

ZD Rotation restreinte de ZD dans un potentiel d’orientation de la forme :

13cosS 221

zz −= θ

Paramètre d’ordre moléculaire :

( )( )

( )

∫

∫ −

=π

0

TkθU-

π

0

TkθU-

2

21

dθ sinθe

dθ sinθe 1θ3cos

B

B

Intérêt : Pas d’oscillation

1Szz =

Oscillations sur (0-π) équiprobables

0Szz =



E. Dynamique

Mouvements collectifs dans une phase cristal liquide Z0

ξ

Fluctuations ξ(q)

ZN Déformation d’une couche (film)

Hydrodynamique : analyse des déformations en une large distribution de modes q activés thermiquement (de Gennes, 1974) dl

22ll

B2

Kqλ dTk(q)ξ =

K = constante d’élasticité de la couche Q = vecteur d’onde du mode q

λl = longueur de cohérence (µm)

η = viscosité

λl

Temps de corrélation : 2Kqητ(q) =

c) Mouvements collectifs


E. Dynamique

Quelsques modes de déformation c) Mouvements collectifs

Module d’élasticité de courbure, kc (Κ)

ΚModule d’élasticité de courbure gaussienne,

Courbure sphérique Courbure gaussienne

Etirement

Module élastique d’étirement, kS

Module élastique de compression,

Compression

Β


E. Dynamique

Caractérisation de la dynamique des lipides à différentes échelles

Intramoléculaires (rotations, vibrations)

qques Å, akj

kzz

kc E,p,S(ps),τ

Moléculaires (rotations, oscillations, translation flip-flop)

qques 10 Å, aLzz E ,D , t,S (ns), τ(ns),τ21//⊥

Film lipidique (modes hydrodynamiques de déformation)

qques µm, ηµ k(k s),-s(τ SC ),,,, ΒΚKq


E. Dynamique

E2. Mesure de la dynamique

a) Mouvements Intramoléculaires

Ø  Spectroscopies infrarouge et Raman

Modes d’élongation (stretching) C-H ou C-D

2800 2900 3000

2930

2880

2800 2900 3000

2930 2880

Gel Fluide

cm-1 cm-1

2880

2930

hh

Le déplacement des bandes est proportionnel au nb d’isomères gauche (g±) par chaîne lipidique

Raman

2800 2900 3000

2850

2920 Gel

cm-1

Fluide

∝ nb d’isomères gauche (g±) par chaîne lipidique

IR


E. Dynamique

Ø  Résonance paramagnétique électronique

O

O

H2C

CH

CH2

O

O

O

P

O

O-O

N+

N

O

O°

Radical nitroxide

Interaction entre le spin électronique (s = ½) de l’électron célibataire et le spin nucléaire de l’azote -14 (I = 1)

Domaine des micro-ondes, ν = 1010 Hz, éclatement hyperfin, ΔH

Pour des raisons historiques, le spectre est représenté en mode dérivée

B0

B0


E. Dynamique

ü  Exemple: spectre RPE d’un lipide marqué (N-0°) dans une phase lamellaire

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

Isotrope

molzz

intrazz S SΔH∝

L’éclatement hyperfin permet d’accéder aux paramètres d’ordre des chaînes

O

O

H2C

CH

CH2

O

O

O

P

O

O-O

N+

N

O

O°

O

O

H2C

CH

CH2

O

O

O

P

O

O-O

N+

O

O

H2C

CH

CH2

O

O

O

P

O

O-O

N+

Inconvénient = sondes encombrantes, peu précises en phase gel


E. Dynamique

Ø  RMN des Solides 13C, 31P, 2H, 14N, …

Lα, Fluide

Lβ‘, Gel

molzz

intrazz S SΔ ∝σ

-10 0 10 Frequency (kHz)

Lc

CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

O

O

H2C

CH

CH2

O

CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

C

H2C

CH2

CH2

O

O

PO

O-O

H2C

H2C N+

H3CCH3

CH3

H

H

Anisotropie de blindage électronique Spectres

Dispersions de lipides dans l’eau

Δσ

Accès au paramètre d’ordre de la tête


E. Dynamique


3

molzz

intrazz S SΔr

D∝

Couplage spin-spin direct (dipolaire), 13C-13C, 13C-1H, (1H-1H) Spectres


CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

O

O

H2C

CH

CH2

O

CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

CC

H2C

CH2

CH2

O

O

P

O

O-O

H2C

H2C N+

H3CCH3

CH3

H

HH

H

-15 -10 -5 0 5 10 15 Frequency (kHz)

Echantillon orienté dans B0 ΔD

Accès aux paramètres d’ordres des segments C-C, C-H, aux distances


E. Dynamique


molzz

intrazz S SΔ ∝Q

Interaction magnétique la plus facile à utiliser, C-D

Couplage électrique quadrupolaire, 2H, 14N, … Spectres


-90 -60 -30 0 30 60 90 Frequency (kHz)

Echantillon orienté dans B0 ΔQ

CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

O

O

H2C

CH

CH2

O

CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

C

C

H2C

CH2

CH2

O

O

P

O

O-O

H2C

H2C N+H3C

CH3

CH3

DDH

H

Accès aux paramètres d’ordres des segments C-D


E. Dynamique


Temps de relaxation magnétique nucléaire

xL yL

zL M0

xL yL

zL M0 Mz(t)

t

)e - (1 M (t)M 1ZTt -0z =

équilibre perturbation

Retour à l’équilibre

0 20 40 60 80 100-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

τ

G(τ) G(τ)= exp(-τ/τc)

τc = temps de corrélation du mouvement considéré

∫+∞

∞−

τω− ττ=ω d e GJ 0i0 )()(

220

01

1 12

c

cZ JT

τωτ

ω+

=∝− )(

Temps de relaxation longitudianal « spin-réseau », T1Z

G(τ), fonction d’autocorrélation liquide

solide



10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-410-2

10-1

100

101

102

103

104

105

106

E. Dynamique


Temps de relaxation magnétique nucléaire

Mesure de T1Z pour plusieurs températures ou ω0

τc (s)

T1Z (s) ω0/2π = 500 MHz ω0/2π = 100 MHz

ω0/2π = 1000 MHz

ω0/2π = 10 MHz

107 Hz < ω0/2π < 109 Hz

Avec T1 (min) : τc = 1/ω0

10-8 s < τc < 10-10 s

v  ω0 τc << 1, mouvements rapides, 10-10s < τc < 10-12 s

v  ω0 τc >> 1, mouvements lents, 10-6 s < τc < 10-8 s [10-6 s , 10-12 s] 126

E. Dynamique

b) Mouvements Moléculaires

Ø  Diffusion latérale

DL

FRAP (Réapparition de la fluorescence après photoblanchiement)

N+

N+

Sondes de fluorescence, DPH, TMA-DPH, NBD-PC,

NBD-PE

CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

O

O

H2C

CH

CH2

O

NHO

O

P

O

O-O

H2C

H2C N+

H3CCH3

CH3

N

O NNO2

CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

O

O

H2C

CH

CH2

O

CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

C

C

H2C

CH2

CH2

O

O

P

O

O-O

H2CCH2

NH

H

HH

H

N

O

N

NO2

équilibre Photoblanchiement (laser)

Bicouches ou monocouches sur balance de Langmuir (observation au microscope)

LDt e BA −−

F

t


E. Dynamique


Ø  Diffusion latérale

LDt e−

F

t

Marqueurs de fluorescence chargés

cathode anode cathode anode E = 0 E ≠ 0

E = 0

E ≠ 0 E = 0

Fonctions en


E. Dynamique


Ø  Diffusion transverse

t

RPE

Utilisation de marqueurs de spin H3C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C O

O

CH2

CH

H2CO

H3CCH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C CH2

OO

P O

O

O-CH2

CH2

N+

CH3

H3C N O°

CH3H3C

CH3H3C

Incorporation du marqueur de spin

Signal de RPE

Addition d’un agent réducteur (ascorbate)

Flip-flop Réduction ultérieure Si

gnal

RPE

t½


E. Dynamique


Ø  Diffusion rotationnelle isotrope

RMN ou RPE (voir mouvements intramoléculaires)

rotation

oscillation Z N

X N

Y N

θ

ϕ

Accès à τ//, τ⊥, Ea, molzz

intrazz S S

Dans le cas de molécules rigides, on peut séparer et intrazzS

molzzS


E. Dynamique


Ø  Diffusion rotationnelle isotrope Fluorescence fluorophores rigides

N+

Lumière naturelle

Avant excitation

excitation

Photo sélection (ps)

Lumière polarisée

Milieu anisotrope

liquide

I// > I⊥

I// = I⊥

Anisotropie ou polarisation de fluorescence

⊥

⊥

+

−=

IIIIr2//

//

⊥

⊥

+

−=

IIIIP

//

//

t (ns)

r

r∞

r0 0,4

0,0

//)()( τt

errrtr−

∞∞ −+= 0

2)( molzzSr ∝∞

τ// = temps de corrélation de rotation du fluorophore,

doit être plus petit que le temps de vie de l’état

excité


E. Dynamique


50 µm

Ø  Fluctuations thermiques de vésicules (liposomes) géantes

Observation au microscope optique

Fluctuations du rayon moyen dans le plan équatorial

2)(tumn

),()(

pkTktu m

nC

Bmn σλ

12=

Tensions de membrane Pression hydrostatique


E. Dynamique


Ø  RMN et DRX (expérience de dilution/gonflement)

Z0

ξ

ZN

dl

λl

d CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

O

O

H2C

CH

CH2

O

CH3

H2C

CH2

H2C

CH2

C

C

H2C

CH2

CH2

O

O

P

O

O-O

H2C

H2C N+H3C

CH3

CH3

DDH

H

Lipide marqué au deutérium

-90 -60 -30 0 30 60 90 Frequency (kHz)

ΔQ RMN

DRX

molzz

intrazz

collzz S S SΔ ∝Q

( )22

2collzz 1

1cos 2

13SuΔ+

=−

= ξξ ;cos

Constants lors de la dilution

d

ΔQ

( ) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=Δ

dkLn

kdfu C

C

2


Labeled carbon position

0

20

40

60

80

100

120

140

2 9 14γ β α g3 g2 g1

1 / T

1z (H

z)

Labeled carbon position

0

20

40

60

80

100

120

140

2 9 14γ β α g3 g2 g1

1 / T

1z (H

z)

Ø  (Lα)

E. Dynamique

c) Mouvements intramoléculaires

E2. Quelques exemples

intrazzS Fluide

0.3

0.6

//

1.0

0.9

0.8

0.0


E. Dynamique


intrazzSØ  (Lα)

0.5

0.0

Température Tm

1.0

Gel

Fluide intrazzS

4

13


E. Dynamique


Ø  Ordre dans la bicouche en phase Lα, Lβ’, HII, HI

0.5

0.0

# Carbone des chaînes 2

1.0

intrazzS

4

13

4 6 8 10 12 14 16

Lβ’

Lα

HI

HII


E. Dynamique


Ø  Probabilités de conformères trans-gauche en phase Lα

0.5

0.0

# Carbone des chaînes 2

1.0

kip

4 6 8 10 12 14 16

trans

gauche

2.0

0.0

Température

4.0

Tm


E. Dynamique


Ø  τc, Ea (kJ mol-1)

1/Tm

10-10

3 3.5 4 x103 K-1

10-8

10-6

10-4

10-2

Lα Lβ’ Pβ’

1/Tm

10-12

3 3.5 4 x103 K-1

10-11

10-10

10-4

10-2 4

13

τc (s) τc (s) tête chaînes

12

50

45

20

8

8 15

15

Lα Lβ’ Pβ’


E. Dynamique


Ø  Effet du cholestérol τc, Ea (kJ mol-1),

1/Tm

10-12

3 3.5 4 x103 K-1

10-11

10-10

10-4

10-2

τc (s) chaînes

Lα Lβ’ Pβ’

0.5

0.0

Température Tm

1.0

4

13

+ Chol

- Chol

intrazzS

intrazzS


E. Dynamique

c) Mouvements moléculaires Ø  Diffusion transverse

Température (°C) 30 20 50 40

t½(h)

20

1

10

Vésicules phospholipidiques, t½ = 1 - 1000 heures, Ea ~ 8-150 kJ mol-1

DMPC

Effet de la longueur de chaîne : n ↑, t½ ↑

Nature de la tête, PE/PC : t½ ~ 1900 h

t½

out

in


E. Dynamique

c) Mouvements moléculaires Ø  Diffusion transverse

Temps d’incubation avant réduction du NO° (h) 2.5 0

Sign

al R

PE n

on r

édui

t

100 %

0

50 %

Membrane du Globule rouge

O

O

H2C

CH

CH2

O

O

O

P

O

O-O

N+

N

O

O°

5

PS

PE

PC SM


E. Dynamique

c) Mouvements moléculaires

Ø  Diffusion Latérale

SM PC PE

30

10

20

Température (°C) Tm

DL x

10-

12 m

2 s-1

100

0.01

1

Peu d’influence de la longueur de chaîne

Nature de la tête (Lα)

DL x

10-

12 m

2 s-1

Température

Vitesse de saut d’un lipide à l’autre

10 ns

1 µs

0.1 ms

+ Cholestérol

τc


Température

0.5

0.0

Tm

1.0

molzzS

Lα Lβ’ Pβ’

+ 30% cholestérol

E. Dynamique

c) Mouvements moléculaires

Ø  Diffusion rotationnelle

1/Tm

10-9

3 3.5 4 x103 K-1

τc (s)

Lα Lβ’ Pβ’

10-6

10-3

rotation

oscillation

τ//

τ⊥

+ 30% chol

60

90

35

Ea en kJ mol-1


1.5

1.0

2.0

Lα

E. Dynamique


Ø  Longueur des chaînes k C

x10

-19 J

400 500 600 Å2 (d2)

kC ~ d2

DLPC DMPC DPPC Erick J. Dufourc, CNRS, janvier 2010

144

1.5

1.0

2.0

E. Dynamique


Ø  température, cholestérol

k C x

10-1

9 J

Tm Tm+5°C

3.0

1.0

5.0

k C x

10-1

9 J

0 20 40 % cholestérol température


E. Dynamique

E.4 Notions de fluidité membranaire

Fluidité : ensemble des phénomènes dynamiques se produisant aussi bien à l’échelle de l’Å que du micron (intra-, moléculaire, collectif)

Ø  Rôle de la fluidité membranaire :

Assurer un fonctionnement cellulaire correct Barrière sélective

v  diffusion d’ions et de molécules

o  dans le plan de la membrane

o  à travers la membrane

v  déformation de la membrane

o  passage de cellules dans les capillaires

v  fusion (endocytose, exocytose)

v  stabilisation de récepteurs à la surface de canaux membranaires


E. Dynamique

Fluidité membranaire adéquate

Ø  Réactions membranaires

DL

La vitesse de réaction est contrôlée par la diffusion latérale des protéines

Dépend de DL des lipides

Ø  Transport

1/T x 10-3

Lα

Lβ’

0.1

1

10

100

Vite

sse

de t

rans

port

Ex: transport actif de b-galactoside à travers la membrane


E. Dynamique

Régulation de la fluidité membranaire

Perturbations extérieures (température, diète, pH, …)

Compensations (molécules régulatrices, synthèse de double liaisons dans les acides gras, cholestérol, …)

Fluidité optimale CONSTANTE


E. Dynamique

Hétérogénéité de la fluidité membranaire

Les radeaux lipidiques

Image en microscopie de fluorescence d’îlots dans une membrane


E. Dynamique

The role of phytosterols in plant adaptation to temperature

Beck, J. G., Mathieu, D., Loudet, C., Buchoux, S., and Dufourc, E. J. (2007) Plant sterols in "rafts": a better way to regulate membrane thermal shocks., FASEB J 21, 1714-1723.


0 10 20 30 40 50 60

40

60

80

100

120

140

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

M1 [k

Hz]

[T] °C

|2*<

S CD> ch

ain|

so

ld

lo

so

ld

lo

2

34

5

101

HO 67

89

19

H

14

1312

11

15

16

17

20

2122

2324

25

27

26

H

18

H

H

HO

CH3

H

H3C

CH3

CH3

H

CH3

H

H

CH3

Cholesterol

Sitosterol

50 kHz

150

structure et dynamique des lipides - cbmn.u-bordeaux.fr et... · structure et dynamique des...

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