Les lipides membranaires Rôle surtout structural mais aussi réserve d’énergie et signalisation cellulaire. Acides gras Lipides complexes Glycérolipides phospholipides Sphingolipides phospholipides et glyvolipides stérols

Acides gras Nombre pair de carbones: C14->C24 Liaisons insaturées qui créent un coude dans la structure

Phosphoglycérides

Sphingolipides

Diversité des phospholipides

Stérols

Assemblage des molécules amphiphiles en solution

Diversité et dynamisme des membranes

Diversité et dynamisme des membranes

Les membranes biologiques: les protéines membranaires

Les protéines membranaires Bicouche lipidique = structure de base des membranes Représentent 30% des gènes exprimés 50% des cibles pharmaceutiques Protéines responsables de la plupart des fonctions de la membrane; Recepteurs spécifiques Enzymes Transporteurs Conversion dénergie: Centre réactionnel photosynthétique ATP synthase Signalisation : Récepteurs couplé aux protéines GConversion d’énergie : Transport : Transporteurs ABC Canal potassium Aquaporines

Protéines membranaires Structure et fonctions variées 20% dans la membrane myeline 75% dans membrane mitochondrique PM variant de 20000 à 240000 pour la membrane hématies (PAGE_SDS)

Protéines membranaires: différents types 2 grand groupes: Les transmembranaires (intrinsèques ou intégrales) Elles sont localisées dans la membrane Traversent la bichouche lipidique: 1 fois: monotopiques (ex. glycophorine des globules rouges) Plusieurs fois (polytopiques (ex. bande 3protéines membranaires des hématies, assurant le transport de l’oxygène et le dioxyde de carbone)

Protéines membranaires: différents types Protéines membranaires périphériques (ou extrinsèques ou externes). protéines constitutives de la membrane cellulaire localisées soit du côté du cytoplasme (protéine périphérique interne), soit à la surface de la cellule (protéine périphérique extrinsèques). liées de plusieurs manières à la bicouche lipidique

De façon covalente à la monocouche (ou hémimembrane) interne à travers une chaîne d’acide gras. A travers un pont oligosaccharide lié à un phospholipide, le phosphatidylinositol ancré dans l’hémimembrane externe. A travers des liaisons non covalentes avec d’autres protéines membranaires

L’ancrage des protéines se fait de différentes manières dans la membrane

Propriétés des protéines membranaires Asymétrie une orientation particulière à travers la bicouche lipidique. pour la plupart glycosylées 2 classes de par leur composition chimique: Les glycoprotéines Les protéoglycanes

Propriétés des protéines membranaires Protéoglycanes = mucopolysaccharides = polysaccharides composés d’unités disaccharidiques aminées répétitives organisées en longues chaînes non ramifiées. La chaîne polypeptidique présente: un domaine extracellulaire pourvu d’oligosaccharides et de liaisons dissulfures (S-S) un domaine intracellulaire pourvu de groupements sulfhydryles (SH), le cytosol étant un environnement réducteur.

Propriétés des protéines membranaires Solubilisation par les détergents Les protéines transmembranaires et toutes les autres protéines fermement liées à la membrane peuvent être solubilisées par des détergents, capables de rompre les associations hydrophobes et de détruire la bicouche pour donner des complexes protéine-lipide-détergent. Ces agents sont de petites molécules amphiphiles qui tendent à former des micelles dans l’eau.

Propriétés des protéines membranaires Fluidité A l’exemple des lipides membranaires, les protéines membranaires subissent des mouvements de diffusion latérale dans le plan de la membrane. Les cellules peuvent également confiner leurs protéines et lipides à des domaines spécifiques de la membrane entraînant une restriction de la fluidité.

Les glucides membranaires Les différents types Les glycoprotéines : Chaînes d’oligosaccharides ou de polysaccharides rattachées de façon covalente aux protéines membranaires. Sucres sont: glucose, fructose, mannose, glucosamine etc. Les glycolipides : Chaînes d’oligosaccharides rattachées de façon covalente aux lipides membranaires.

Les glucides membranaires Les oligosaccharides sont rattachés aux glycoprotéines membranaires de 2 façons: Liés par l’intermédiaire d’un atome d’oxygène d’un résidu sérine ou thréonine (O-glycosylation) Liés par l’intermédiaire d’un atome d’azote d’un résidu aspargine (Nglycosylation)

Répartition des Glucides membranaires Le cell-coat ou glycocalyx: revêtement d’aspect fibreux plus ou moins épais au delà de la bicouche lipidique constitué par les glucides membranaires à la surface des cellules eucaryotes. En plus des glycoprotéines et des glycolipides, le cell-coat est constitué de lectines ou phytohémagglutinine (PHA)

Les protéoglycanes (ou mucopolysaccharides) consistent en une longue chaîne polysaccharidique rattachée à une charpente protéique. Elles sont généralement présentes du côté extracellulaire dans un assemblage complexe de macromolécules adsorbées (fixées par pénétration superficielle) par la membrane plasmique et formant ainsi la matrice extracellulaire.

Le cell-coat joue un rôle dans la protection mécanique Il permet l’interaction entre les cellules Contient des molécules réceptrices pour les hormones, les anticorps etc... Les glucides membranaires sont généralement rattachés au protéines ou aux lipides dont elles épousent les principales propriétés

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE Compartimentation de la cellule: délimite la cellule, contact avec le milieu extérieur, maintien de l’intégrité de la cellule Empêche aussi les réactions entre les différents compartiments (organites) cellulaires

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE Communication REGULATION DE L’ACTIVITE CELLULAIRE PAR LES SIGNAUX EXTRACELLULAIRES: se fait grâce aux lycoprotéines et glycolipides du cell-coat qui sont alors des récepteurs de signaux. Dès le contact entre une molécule étrangère (ligand, par exemple hormone, neurotransmetteur, facteur de croissance) avec la cellule, un récepteur spécifique de la membrane transmet le signal approprié dans le cytoplasme où la réaction appropriée au signal se déclenche.

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE L’information est véhiculée à l’intérieur de la cellule par un mécanisme appelé transduction des signaux (= transformation des informations extracellulaires en signaux intracellulaires).

Les 3 types de récepteurs impliqués dans la Transduction des signaux: Type I - Phosphorylation des protéines par la tyrosine kinase (Exemple: récepteur de l’insuline) Type II - Canal d’ions dirigé par le ligand (Exemple pour le Na+, le K+, le Cl-, les neurotransmetteurs). Type III - Processus libérant un second messager (Exemple: protéine G et cAMP, DAG, cGMP, IP3)

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE L’ADHERENCE CELLULAIRE Intervention des molécules d’adhérence cellulaire (Cell Adhesion Molecules; CAM), glycoprotéines présentes à la surface d’une variété de cellules sanguines (Globules Rouges, Globules Blancs, Thrombocytes) et sur la paroi des cellules endothéliales des vaisseaux sanguins. Elles sont constituées de : Un domaine cytoplasmique rattaché au cytosquelette Un domaine transmembranaire hydrophobe et Un domaine extracellulaire qui réagit avec une molécule étrangère à la cellule.

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE On distingue 4 principales classes de CAMs Les membres de la superfamille des immunoglobulines qui interviennent dans les adhésions cellulaires homophiles (entre cellules du même type) Exemple ICAM-1 (intercellular adhesion molecule-1). Les Intégrines qui établissent les contacts entre la cellule et la matrice extracellulaire Exemple: LFA-1 (Lymphocyte Function Associated antigen-1). Les Cadhérines qui sont Ca2+-dépendantes dont le rôle était déjà connu dans l’embryogenèse (formation et développement d’un organisme du stade embryonnaire à la naissance) où elles initient l’assemblage des cellules pour former un tissu. Les Lectines: appelées sélectines sont impliquées dans la reconnaissance entre leucocytes et cellules endothéliales.

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE FORMATION DES JONCTIONS MEMBRANAIRES: Les cellules recouvrant la surface d’une structure ou les cellules assemblées dans un tissu peuvent posséder des complexes jonctionnels assurant l’adhésion et la communication cellulaires. Les jonctions d’ancrage: Les tight junctions (jonction serrée): jonction imperméable de cellules adjacentes encore appelée jonction serrée constituée par des portions de membrane plasmique accolées et soudées où la diffusion des protéines et lipides dans le plan de la membrane est inhibée. Certaines protéines sont limitées à la membrane apicale alors que d’autres ne diffusent qu’au niveau des parties basales et latérales. Ce type de jonction se retrouve entre 2 cellules épithéliales au niveau de la base ou de l’apex.

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE Les desmosomes sont des points de contact intercellulaires qui permettent aux cellules d’un même tissu d’adhérer entre-elles. Le desmosome permet à un groupe de cellules de se comporter comme une unité rigide, en connectant les éléments du cytosquelette de deux cellules adjacentes à ceux d’une autre cellule. Le desmosome est formé par 2 disques ellipsoïdes (plaques cytoplasmiques) opposés, situés sur les faces intracellulaires. Ces plaques interagissent au niveau de l’espace intercellulaire par des glycoprotéines de liaison transmembranaire appelées desmogléines.

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE Les hémidesmosomes: formés d’une seule plaque cytoplasmique dont les molécules de desmogléine se fixent à la matrice extracellulaire de la lame basale.

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE Jonctions communicantes: LA GAP JUNCTION (JONCTION OUVERTE OU JONCTION LACUNAIRE): jonction de communication intercellulaire dans la région où 2 cellules sont étroitement accolées. Elle permet le passage de molécules de PM < 1000-1500 daltons (ions, acides gras, oses). Les cellules sont ainsi couplées électriquement, se transmettant des ions ou des messagers secondaires comme l’AMPc.

FONCTIONS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE

Perméabilité membranaire La bicouche forme une barrière de perméabilité hautement sélective Fable perméabilité aux molécules chargées et polaires L’eau est une exception: petite taille, non chargée et très concentrée

Perméabilité membranaire

Transport membranaire et l’action des médicaments Les transporteurs sont des protéines membranaires que l’on trouve chez tous les aorganismes. Elles contrôlent l’efllux des nutriements essentiels, des ions, l’efflux des déchets cellulaires, des tocines environementales et des xénobiotiques. L’action des transporteurs peut être facilité ou active

Transport membranaire et l’action des médicaments En pharmacologie, on distingue deux principales suprfamilles de transporteurs: ABC ( ATP binding cassette) SLC (solute carrier) transporters. La majorité des protéines ABC sont des transporteurs actifs primaires, depandant de l’hydrolye de l’ATP pour pomper activement leurs substrats à travers la membrane.

Transport membranaire et l’action des médicaments On connait 49 gènes codant pour les protéines ABC que l’on peut subdiviser en 7 sous-classes ou familles

Transport membranaire Transporteurs et canaux: Tous deux facilitent le transport des ion inorganiques et des molécules organiques. En général, les canaux ont deux conformations: ouverte et fermée. En position ouverte, les canaux permettent le passage des ions particuliers. Une fois l’ion passé, le canal reprend progressivement sa position close avec le temps.

Transport membranaire Par contre, un transporteur forme un intermédiaire avec son substrat (soluté), ce qui abouti à un changement de conformation du transporteur, ayant pour conséquence la translocation du substrat de l’autre côté de la membrane. .La formation du complexe est spécifique, ce qui signifie que le transporter peut être saturé.

Transport membranaire Le transport membranaire peut se faire par: Diffusion passive ou facilitée Transport actif qui peut être primaire ou secondaire.

Transport membranaire Diffusion simple de solutés: implique trois processus: Partition de la phase aqueuse à la phase lipidique Diffusion à travers la bicouche lipidique Répartition dans la phase aqueuse du côté oposé La diffusion de tout soluté (y compris les médicaments) se fait dans le sens du grandiant du potentiel électrochimique.

Transport membranaire Diffusion facilitée Elle est médiée par des transporteurs et ne nécessite pas de l’énergie. Se fait dans le sens du gradient de concentration L’état stationnaire sera dont obtenu quand le potentiel électrochimique sera équilibré de part et d’autre de la membrane.

Transport membranaire

Facilitated Diffusion Active Transport Movement against a concentration gradient no yes Utilization of energy no yes Exhibits saturation yes yes Example substances riboflavin, Vit B12 5-flurouracil

Transport membranaire

Transport membranaire Transport actif Energie nécessaire Se fait contre le gradient de concentration (électrochimique) Joue un important rôle dans le transport des médicaments

Transport membranaire En fonction de la force de transport, on distingue le transport actif primaire et le transport actif secondaire.

Transport membranaire Transport actif primaire Directement couplé à l’hydrolyse de l’ATP Contiennent 1 ou 2 ATP biding cassete Chez les mammifères, le transport actif primaire permet l’efflux unidirectionnel de solutés à travers la membrane

Transport membranaire Transport actif secondaire Dans ce mécanisme, le transport d’un soluté S1 à travers la membrane contre sont gradient de concentration est énergétiquement couple au transport d’au autre soluté S2 dans le sens de son gradient de concentration. Le force nécessaire pour ce transport est donc stockée dans le gradient électrochimique due à la différence de concentrations de S2 de part et d’autre de la membrane.

Transport membranaire Exemple de transport secondaire