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Les membranes et la compartimentation cellulaire Les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines Dynamique des molécules des membranes.

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Présentation au sujet: "Les membranes et la compartimentation cellulaire Les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines Dynamique des molécules des membranes."— Transcription de la présentation:

1 Les membranes et la compartimentation cellulaire Les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines Dynamique des molécules des membranes Fonctions des membranes Biosynthèse des protéines membranaires et sécrétion des protéines solubles

2 Les molécules amphiphiles hydrophobehydrophile sassocient spontanément en micellesou en bicouches suivant le volume relatif de leurs domaines hydrophile et hydrophobe

3 Rôles des lipides Rôle structural : les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines Rôle énergétique : stockage et échanges Rôle de signalisation : à la surface des membranes

4 Les membranes biologiques sont constituées de lipides et de protéines 70% des protéines sont associées aux membranes Les protéines membranaires constituent 20% de la masse protéique des cellules Les protéines membranaires constituent 50% de la masse protéique des membranes

5 Les acides gras acideChaîne aliphatique palmitate oleate Les acides gras naturels possèdent un nombre pair de carbones: C 14 ->C 24 Certaines liaisons sont insaturées et créent un coude dans la structure

6 Les phospholipides exemple des phosphoglycérides GLYCEROLGLYCEROL ACIDE GRAS PHOSPHATEALCOOL

7 … sont constitués dun glycérol, glycérol HC OH H2CH2C CH 2 OH HO

8 … de deux acides gras, glycérolacides gras HC O H2CH2C CH 2 O CH 3 (CH 2 ) 14 CHCH (CH 2 ) 7 CHCH C O C O HO palmitate oleate

9 … dun phosphate glycérolacides grasphosphate HC O H2CH2C CH 2 O O-O- CH 3 (CH 2 ) 14 CHCH (CH 2 ) 7 CHCH O HOP C O C O O palmitate oleate

10 …et dun alcool glycérolacides grasphosphatealcool HC O H2CH2C CH 2 O O-O- H3CH3C CH 3 (CH 2 ) 14 CHCH (CH 2 ) 7 CHCH O OPN+N+ C O H3CH3C H3CH3C C O O palmitate oleate la phosphatidylcholine

11 La diversité des phospholipides résulte de lassociation de têtes polaires différentes... choline CH 2 H3CH3COHN+N+ H3CH3C H3CH3C ethanolamine CH 2 OHH3N+H3N+ serine CHCH CH 2 OH - OOC NH 3 + glycerol CH 2 CHCH OH CH 2 OH HO H H H H H H inositol Phosphatidylethanolamine Phosphatidylserine Phosphatidylcholine Phosphatidylinositol Sphingomyéline Glycolipides Cholesterol Autres Réticulum endoplasmique Membrane plasmique Mitochondrie < proportion en %

12 … avec des acides gras différents Laurate Myristate Palmitate Stéarate Arachidate Behenate Lignocerate Palmitoleate Oleate Linoleate Linolenate Arachidonate Nombre de doubles liaisons Nombre de carbones des centaines de phospholipides différents

13 La distribution des lipides est asymétrique exemple de la membrane plasmique Phosphatidylserine Phosphatidylethanolamine Phosphatidylcholine Glycolipides extérieur intérieur

14 La membrane plasmique

15 Les membranes des cellules eucaryotes contiennent du cholestérol cholestérol HO cellules animales ergostérol cellules végétales HO CH 3 CH 3 C H CH 3 CH CH CH C H CH 3 CH 3 CH 3

16 Le cholestérol est indispensable Le cholestérol est le précurseur des hormones stéroïdiennes Synthèse dans le foie ou apport nutritif et transport dans le sang Low-Density Lipoprotein

17 Interaction des protéines avec les membranes Protéines membranaires intrinsèques Protéines membranaires périphériques Solubilisables après destruction de la membrane par des détergents Solubilisables par des moyens physico-chimiques doux (pH, concentration de sel)

18 Principe daction des détergents détergent ionique détergent non-ionique

19 Le domaine transmembranaire des protéines est souvent constitué dhélices hydrophobes 21 acides aminés hydrophobes

20 Identification des hélices transmembranaires Echelle de polarité Acide aminé Energie de transfert (kcal/mole) PheF+ 3,7 MetM+ 3,4 IleI+ 3,1 LeuL+ 2,8 ValV+ 2,6 CysC+ 2,0 TrpW+ 1,9 AlaA+ 1,6 ThrT+ 1,2 GlyG+ 1,0 SerS+ 0,6 ProP- 0,2 TyrY- 0,7 HisH- 3,0 GlnQ- 4,1 AsnN- 4,8 GluE- 8,2 LysK- 8,8 AspD- 9,2 ArgR- 12,3 LSTTEVAMHTTTSSSVSKSYISSQTNDTHK... Score 4,6 2,4 -2,9

21 Dynamique des molécules des membranes Diffusion latérale des lipides et des protéines Transport à travers la bicouche lipidique Réactions aux interfaces

22 Les lipides et les protéines peuvent diffuser rapidement dans le plan de la membrane Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP) Coefficients de diffusion latérale: Lipides1-2 m 2 /s Protéines membranaires périphériques1 m 2 /s Protéines membranaires intrinsèques m 2 /s Attachement au cytosquelette10 -4 m 2 /s t = r 2 /D t r

23 Les bicouches lipidiques sont imperméables aux molécules polaires gaz Les protéines membranaires sont indispensables pour le transport des molécules polaires ions

24 Fonctions des membranes Compartimentation Séparation de réactions chimiques incompatibles Gradients de concentration Energétique cellulaire et mitochondries Echanges Endocytose, exocytose Transport: pompes et canaux Membrane plasmique Communication intercellulaire Récepteurs, hormones et neurotransmetteurs Electrophysiologie

25 La compartimentation membranaire Pour une cellule eucaryote Surface de la membrane plasmique 1500 m 2 Surface des membranes internes m 2 Surface du cytosquelette m 2

26 Organisation du métabolisme cellulaire Appareil digestif endosomes-lysosomes hydrolyses Cytosol ANAEROBIE glycolyse Mitochondrie AEROBIE Cycle de lacide citrique Phosphorylation oxydative Excrétions glucose 2 pyruvate 2 ATP 24 kcal/mole 28 ATP 336 kcal/mole + 6 O 2 6 CO H 2 O 686 kcal/mole

27 Les molécules de lénergétique cellulaire glucose pyruvate glycolyse acides ATP

28 Structure des mitochondries Matrice: cycle de Krebs oxydation des lipides Membrane interne: phosphorylation oxydative Espace intermembranaire: transphosphorylation des nucléotides Membrane externe: filtre < 5000 Da Cytosol: glycolyse

29 La phosphorylation oxydative Un couplage énergétique... … via un gradient de protons gradient de protons - 53 kcal/mole + 12 kcal/mole 6 protons par O réduit 3 protons par ADP phosphorylé

30 ATP ADP + P i travail mécanique flux de protons L ATPsynthase F 1 F 0, un convertisseur dénergie F0F0 F1F1 ATP ADP + P i travail mécanique flux de protons

31 Coloration fonctionnelle des mitochondries cellule endothéliale dartère pulmonaire de boeuf spermatozoïde de taureau

32 Les triglycerides, forme de stockage de lénergie adipocyte GLYCEROLGLYCEROL ACIDE GRAS triacylglycerol + H 2 Oglycerol + 3 acides gras Palmitate + O 2 CO 2 + HO kcal/mole ATP)+ 129 (ADP + Pi 940 kcal/mole dans la mitochondrie

33 Fonctions des membranes Compartimentation Séparation de réactions chimiques incompatibles Gradients de concentration Energétique cellulaire et mitochondries Echanges Endocytose, exocytose Transport: échangeurs, pompes et canaux Communication intercellulaire Récepteurs, hormones et neurotransmetteurs Electrophysiologie

34 Transport de métabolites glucose Na + échangeur canalpompe 117 mM 30 mM Potentiel transmembranaire - 60 mV X ?

35 Microvilli de la membrane plasmique membrane plasmique cytosquelette dactine

36 Endocytose ou internalisation de molécules fer sous forme de ferritine cholestérol sous forme de particule de lipoprotéine LDL manteau protéique (clathrin coat) récepteur spécifique (protéine transmembranaire)

37 Exocytose ou sécrétion cellulaire Exemple du mastocyte avant stimulation...… après stimulation

38 Sécrétion de protéines réticulum endoplasmique pulse : 1 min [ 3 H]-leucine chasse : 3 min chasse : 20 min chasse : 90 min appareil de Golgi vésicules de sécrétion

39 Fonctions des membranes Compartimentation Séparation de réactions chimiques incompatibles Gradients de concentration Energétique cellulaire et mitochondries Echanges Endocytose, exocytose Transport: pompes et canaux Communication intercellulaire Récepteurs, hormones, canaux et neurotransmetteurs Electrophysiologie

40 Le chimiotactisme gradient dhormone (AMPc) récepteur spécifique (protéine) réponse cellulaire (pseudopode)

41 Les bases moléculaires de la transmission nerveuse Canal régulé par la tension transmembranaire Canal régulé par un neurotransmetteur

42 Mesure des conductances élémentaires des membranes par la technique du patch-clamp U I

43 Structure des canaux ioniques membrane Canal K+ voltage-dependant openclosed


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