Post on 03-Apr-2015
Professeur Jean-Luc Olivier> Faculté de Médecine
Jean-Luc.Olivier@medecine.uhp-nancy.fr
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie
cellulaire
Interface hydrophile / Hydrophobe
Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire
Interface hydrophile / Hydrophobe (1/2)
Maintien des différences de composition
- entre cytosol et milieu extra- cellulaire (membrane plasmique)
- entre cytosol et organelles
Nécessité de transporteurs transmembranaires pour les molécules hydrophiles
- Mode de transport: transports facilités ou actifs
- Structure des transporteurs: canaux, pores ou autres structures
Système d’importation et d’exportation de matériel biologique vers/à partir de la cellule et dans la cellule (noyau vers cytosol)
Rôle biologique +++++
Transmission de signauxcommunication entre les cellules, à l’intérieur de l’organisme
LigandLigand
Récepteur
Membrane
Protéines de signalisation
Effet dansEffet dansla cellulela cellule
MédiateursMédiateurs
de l’extérieur à l’intérieur des cellules
- Adaptation du comportement cellulaire
- Connexion des récepteurs membranaires (protéines) à des voies de signalisation intracellulaire (enzymes, kinases)
Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire
Interface hydrophile / Hydrophobe (2/2)
Membranes = source de médiateurs d’origine lipidiques pour générer les signaux intracellulaires
Les membranes comportent des domaines spécialisés:-groupement de différents récepteurs et de protéines de signalisation- connexions avec le cytosquelette
Conclusion:Les membranes plasmiques et intracellulaires jouent rôle fondamentaldans la vie (et la mort) cellulaire
Membrane
Protéines de signalisation Effet dansEffet dans
la cellulela cellule
MédiateursMédiateurs
Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire
Transmission de signaux à traversla membrane plasmique
1) protéines: différents modes d’association aux membranes - protéines transmembranaire
- protéines périphériques Leur nature dépend du type cellulaire la cellule et des compar- timents membranaires Leur proportion (/ lipides) dépend aussi du type de la cellule
2) lipides Leur proportion dépend du type cellulaire et membranaire ~50% de la masse
Plusieurs types de lipides
Structure générale commune malgré des fonctions différentes
Exemple de la membrane plasmique
Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire
Les constituants membranaires
1- Les phospholipides
3- Cholestérol : molécules polycycliques 30% des lipides membranaires indispensable
Glycérophospholipides - Glycérol - 2 acides gras - tête polaire phosphate + X
Tri-Alcool
Sphingomyélines - Sphingosine - 1 acide gras - tête polaire phosphate + choline
Amino-Alcool
FonctionsFonctionsAlcoolAlcool
- Sphingosine - 1 acide gras - tête glucidique Pas de phosphate
2- Les glycolipides
Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire
Les constituants membranaires: les lipides
membrane plasmique membrane mitochondriale
PC 19 39
PE 18 27
PI 1 7
PS 8 8.5
Sph 17 0
glycolipides 10 0
cholestérol 27
La composition des membranes en lipides différent suivant l'espèce, le type de membranes, le type cellulaire etc....
- phosphatidylcholines,
- sphingomyélines,
- phosphatidyléthanolamines,
- phosphatidylsérines,
-phosphatidylinositols
Abon-dance
+
-
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Les lipides membranaires
Acides grasPC
érythrocytesPE
érythrocytesPS
cerveau
C14:0 0,6 0,3
C16:0 33,4 16,7 7,0
C18:0 14,1 8,2 43,2
C20:0 0,1 0,1
C22:0 <0,1 0,1
C18:1 9 12,6 15,1 10,7
C20:1 9 0,2 0,4 0,4
C18:2 6 19,9 6,2 0,9
C18:3 6 <0,1 <0,1
C20:4 6 8,2 24,5 5,6
C18:3 3 <0,1 <0,1
C20:5 3 0,2 0,4
C22:6 3 2,12,1 6,76,7 23,823,8
Acide oléiqueAcide oléique
Acide linoléiqueAcide linoléique
Acide linoléniqueAcide linolénique
Acide arachidonique
Acide docosahexaénoïque
Acide eicosapentaénoïque
Acide palmitique
Acide stéarique
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaireDiversité des acides gras dans les glycérophospholipides
Feuilletexterne
Feuilletinterne
40
%50
0
10
20
30
40
50
10
20
30
Phospholipidestotaux
Sphingo-myéline
lécithine(PC)
phosphatidyléthanolamine
(PE)
phosphatidylsérine(PS)
phosphatidylinositol
(PI)
lent, flipase
flip- flop
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Les lipides des membranes cellulaires :maintien d'une asymétrie
grande quantité dans la membrane plasmique : 30% des lipides
HO
tête polaire
structurecyclique rigide
- Rigidifie les bicouches de phospholipides en phase fluide (acides gras saturés et insaturés, têtes polaires PE et PC)
- Fluidifie DPPC (acide gras palmitique, tête PC)
partiehydrophobe
interface
partie hydrophile
"in vitro" dans les liposomes
Cholineglycérol
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Interactions cholestérol-glycérophospholipides
glycérolP
choline
HO
Le cholestérol limite « l’amplitude de mouvement »de la chaîne acylée (interactions hydrophobes)
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Fluidité membranaire, cholestérol,acides gras polyinsaturés
HO
Interactions avec les phospholipides : interactions hydrophobes
HO
structurecyclique rigide
partiehydrophobe
interface
partie hydrophileCholine
sphingomyéline
Le cholestérol présente une affinité pour les sphingomyélines
en raison de la présence d’un acide gras saturé et de la partie
hydrophobe de la sphingosine
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Interactions cholestérol-sphingomyélines
domaines riches en acides aminés apolaires formation d'hélices
Les protéines transmembranaires (intrinséques)
HO
-
HO
-
HO
-
NH3+ ou COO-
-OOC ou +3HN
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (1/5)
domaines riches en acides aminés apolaires formation d'hélices
Les protéines transmembranaires (intrinséques)
Exemple des récepteurs à 7 segments transmembranaires
« récepteurs couplés aux protéines G »
membranemembrane H1 H2 H7H3 H4 H5 H6
CytosolCytosol
ExtracellulaireExtracellulaire
C1 C2C4
C5COO-
NH3+
E1 E2 E3 E4
Protéines GProtéines G
- 7 hélices de 22-24 résidus hydrophobes- Structure ancestrale (bactériorhodopsine)
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (2/5)
Associations labiles: phénomène de translocation
Exemple: après phosphorylation d’une protéine
Translocation et association avec lysine d’une protéine intrinséque
Les protéines extrinséques:associations non covalentes aux protéines intrinséques
extracellulaire
intracellulaire
extracellulaire
intracellulaire
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (3/5)
Certaines protéines ont desdomaines de reconnaissancedes phosphatidyl-inositol:Domaines PH ou pleckstrine
- - - - - - -lys+
lys lys lys lys lys lys+ + + + + +
Les protéines extrinséques:associations non covalentes
aux phospholipides
Phospholipides acides(PSPS ou PA ou PI)
PIP3
P
PP P
PH
P
PP P
P
kinase
ExtracellulaireExtracellulaire
membranemembrane
Kinases dépendantes desKinases dépendantes desphosphatidyl-inositidesphosphatidyl-inositides
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (4/5)
Insertion d’une « ancre » hydrophobe dans la membrane
Insertion stable ou
Désinsertion possible après action d’une enzyme (phénomène de translocation)
Les protéines extrinséques:association à la membrane par des ancres lipidiques
extracellulaire
intracellulaire
extracellulaire
intracellulaire
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (5/5)
membrane
association covalente à des lipides : acides gras« ancre » lipidique
CO
H-N - CH2 - C - O
Protéine 1
14
myristoylGlycine N-terminale
Acide gras 14 carbones
CH3 CH3 CH3
CH2 - S - CH2 - CH - NH -
C O OCH3
Protéine
farnésylCys (méthyl ester)C-terminale
Analogue d’acides gras:Farnésyl ou géranyl
motifs isoprénes
L’acide myristique et le farnésyl sont fixés surla protéine au cours de sa maturation. Laprotéine est ensuite ancrée dans la membrane
Site « consensus »: CAAXA= acides aminés hydrophobesX détermine farnésylation ou géranylation
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Les protéines extrinséques (1/3)
16
CO
1 NH- O - CH2 - CH CO
Protéine
16
CO
1 NH- S - CH2 - CH CO
Protéine
palmitoyl
palmitoyl
Ser ou Thr interne
Cys interne
membrane
association covalente à des lipides : acides gras« ancre » lipidique
Réversibilité:
Addition de l’acide palmitique: protéine acyltransférasesDélétion de l’acide palmitique: protéine thioestérases
Autres acides gras possibles
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Les protéines extrinséques (2/3)
Feuillet externemembrane
association covalente à des lipides : ancre glypié
P
Famille de protéineExemple : protéine du prion
Ethanolamine
Mannoses GlucosamineCO
H2N
Protéine
Inositol
Phospho-lipase C
Phospho-lipase D
PhospholipidesPhospholipides
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Les protéines extrinséques (3/3)
Modèle de la mosaïque fluide"mer de lipides dans laquelle nagent des protéines"
Amendement au modèle : microdomainesexemple : cavéoles (protéine=cavéoline)
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Modèle de la mosaïque fluide
Extracellulaire
Intracellulaire
Domaines riches en :-CholestérolSphingolipides-Protéines de signalisation-cavéoline
Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire
Amendement au modèle de la mosaïque fluide:les « radeaux » lipidiques
Auto-test sur les membranes
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