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TRANSCRIPT
La plupart des illustrations du TD proviennent
de Molecular Biology of the Cell
Alberts, Johnson, Lewis et al.
(5ème édition)
Lipides membranaires
Phospholipides
Glycérophospholipides(< glycérol) +++
Sphingolipides ++ (< sphingosine)
Cholestérol
Les lipidesQCM 1
� 50% masse de la membrane
� Synthèse par le Réticulum Endoplasmique
Glycolipides
Phospholipides
Molécules amphiphiles: 1 pôle hydrophile et 1 pôle hydrophobe
Fluidité membranaire: Longueur et doubles liaisons des AG
Acides Gras
Le cholestérol
- Indispensable à la fluidité membranaire,
- Maintient la cohésion des radeaux lipidiques
Mouvements des lipides dans la membrane
Fluide +++
QCM 3 – QCM 6
Enzymes (scramblase, Flippase)
(ns)(µs) (mn)
Les Glucides
Peu abondants 5 - 10% de la masse
Hydrophile => ne peuvent pas s’insérer directement dans la bicouche lipidique
TOUJOURS fixés à
- Protéines : Glycoprotéine
- Lipides : Glycolipides
TOUJOURS situés sur le versant extracellulaire de la MP : cf. synthèse des GP
Rôles : multiples : adhérence, groupes sanguins (AB0), ….
Les sucres
- Protection de la cellule
- Phénomènes de reconnaissance cellulaire
- Propriétés électriques
Toujours à l’extérieur
Glycocalix = revêtement glucidique
Les radeaux lipidiques
Radeau lipidique
Protéine ancréee GPI
Lectines
Glycolipides
Cholesterol
Cytosol
Milieu extracellulaire
QCM 4
Signal
Sphingolipides
Protéines transmembranaires
Protéines périphériques
NB: mouvements des protéines dans la membrane plasmique, libres ou ± limités
QCM 5
Structures IIaires
Hélice α hydrophobe :
1 - 20 à 30 AA hydrophobes
2 - Liaisons peptidiques hydrophiles INTERNES
Protéines trans-membranairesQCM 5
Six modes de fixation des protéines périphériques
Protéines périphériques
(Cavéoline)
cadhérines
extracellulaire intracellulaire
QCM 2, 5
Cytoplasme
Milieu extracellulaire
Protéines liées à la membrane plasmique par des acides gras
GPI: toujours à l ‘extérieur (dans radeaux lipidiques)
Isoprénylées, myristoylées: toujours à l’intérieur
Protéines de la signalisation:
Src tyrosine kinase, Ras (GTPase) +++
QCM 4, 5, 6
Les mouvements au travers de la membrane plasmique
Molécules hydrophobes
Petites molécules polaires non
chargées
Grandes molécules polaires non
chargées (> 150 Da)
Passent
Passent peu
Passent encore moins
Ne passent pas
QCM 1, 7
Les différents modes de transport à travers la membrane plasmique
- Contre un gradient de concentration ou gradient électrochimique :
Nécessite de l’énergie E →→→→ « Transport actif »
(Pompes)
E Energie
Energie: lumière, ATP, réactions d’oxydo-réduction, transport couplé
- Selon un gradient de concentration ou gradient électrochimique:Ne nécessite pas d’énergie: « Transport passif »
(Transporteurs, canaux)
Les différents modes de transport à travers la membrane plasmique
Vitesse (ions/s) 100 <1000 106
Gradient Contre dans le sens* dans le sens
Energie Oui Non/oui* Non
Mod. Conform. Oui Oui Oui (cf inactivation)
*peut véhiculer un autre soluté contre le gradient
ATP ADP
1-Pompe2- Transporteur
3-Canalgradient
QCM 7
Cytosol (intracellulaire) Milieu extracellulaire
K+ +++ +
Na+ + +++
Cl- + +++
Ca++ + (10-7/-4M) variations locales ++
Mg2+ + ++
Il existe une différence de concentration d’ions de part et d’autre de la membrane plasmique
Propriétés de la membrane plasmique
Conséquences:
- La cellule doit maintenir en permanence cette différence de concentration d’ions
Rôles des pompes ATPase Na+/K+ et des pompes à Ca++
- Dans les cellules animales, le Na+ est souvent utilisé dans les systèmes de co-transport (apporte l’« énergie » pour la seconde molécule transportée)
Propriétés de la membrane plasmique
Il existe une différence de concentration d’ions de part et d’autre de la membrane plasmique
DDP ∼ -70 mV(variable selon les cellules)
+++ + ++ ++
Extracellulaire
Intracellulaire
+
Double couche lipidique
+ ++
Il existe une différence de potentiel (DDP) au niveau de la membrane cellulaire – Indispensable à sa survie
DDP: générée par l’action conjuguée des différents canaux ioniques et des pompes
� Dépolarisation de la membrane potentiels électriques (canaux)
+ +
Propriétés de la membrane plasmique
Il existe une différence de potentiel (DDP) au niveau de la membrane cellulaire – Indispensable à sa survie
Propriétés de la membrane plasmique
ATPADP
Pompegradient
ATPADP
Pompegradient1- Les Pompes
Energie:
� Lumière: bactéries, archéobactéries+++
pompes à protons
ions
�ATP: 3 classes de pompes fonctionnant avec l’ATP
- ATPases de type F (et V) : F0F1-ATPases et V0V1-ATPases protons
- ATPases de type P: ATPases E1E2 cations (Na+, K+; H+, Ca++)
- Transporteurs ABC petites molécules
!
QCM 8
ATPADP
Pompegradient
ATPADP
Pompegradient
Energie:
� Lumière: bactéries, archéobactéries+++
pompes à protons
Changement conformationnel du rétinal
Retinal (chromophore)
lié à la bactériorhodopsine (protéine)
Changement conformationnelde la bacteriorhodopsine
Transport de H+ (selon gradient) (hors de la cellule)
Energie du gradient de H+ ATP (ATP synthétase)
photons
1- Les Pompes
ATPases de type F (et V) : F0F1-ATPases et V0V1-ATPasesprotons
� ATPases de type F: F0-F1 ATPases
Localisation membrane plasmique des bactéries, membrane interne des mitochondries, chloroplastes
Energie oxydo-réduction (ou respiration oxydative) (mitochondries), photosynthèse (chloroplastes)
Fonction Energie Gradient de protons Synthèse d’ATP
ATPADP
Pompegradient
ATPADP
Pompegradient
appelées également ATP synthases (utilisation du gradient de H+ pour synthétiser de l’ATP)
1- Les Pompes (ATP)
O2
CO2 (+ H2O)
ATP
Substrats venant du cytosol
Fatty acid: acides gras
Acides aminés, sucres simples
Pour re-situer: cours de S. Delbecq
La chaîne respiratoire de la mitochondrie ou respiration oxydative
Oxydo-réduction
Pour re-situer: cours de S. Delbecq
La chaîne respiratoire de la mitochondrie ou respiration oxydative
F0-F1 ATPases
ATPases de type F (et V) : F0F1-ATPases et V0V1-ATPasesprotons
� ATPases de type V : V0-V1 ATPases
Localisation - Compartiments acides des cellules eucaryotes: lysosomes, endosomes, vésicules à revêtement de clathrine, vésicules sécrétoires (v. synaptiques)…
- Cellules spécialisées dans la sécrétion de H+ (ostéoclastes, macrophages…)
Energie ATP ADP
Fonction Acidification: transport de H+ dans le compartiment ou à l’extérieur
Gradient de H+: source d’énergie pour d’autres transports
Pi
ATPADP
Pompegradient
ATPADP
Pompegradient
1- Les Pompes (ATP)
Interviennent dans l’acidification des endosomes, lysosomes
Pas de synthèse d’ATP
QCM 9
α α αααβ
γγγγ εεεε
C
δδδδ
a
F1
F0
b
ADP+P
ATP
H+
H+
ATP synthétase F1
Matrice mitochondriale
Espace intermembranaire
ATPADP
Pompegradient
ATPADP
Pompegradient
F0 = transport des protons (H+)
F1 = synthèse de l’ATP
couplage
1- Les Pompes (ATP)
α α AαB
D E
C
V1
V0
ADP+P
ATP
H+
H+
ATPase V1
cytoplasme
Lumière vacuolaireou milieu extracellulaire
Vph1
1- Les Pompes (ATP)
V0 = H+
V1 = ATPase
QCM 7
ATPADP
Pompegradient
ATPADP
Pompegradient
� ATPases de type P (ATPases E1E2) Cations (Na+, K+; H+, Ca++)
- P car se phosphorylent pendant le « pompage »(sur acide aspartique)
- Hydrolysent l’ATP (= énergie)
- Protéines trans-membranaires reliées structurellement (sous unités α et parfois β)
- Rôle essentiel dans la mise en place et le maintien des gradients ioniques (Na+, K+, H+ et Ca++)
1- Les Pompes (ATP)QCM 10
ATPADP
Pompegradient
ATPADP
Pompegradient
� ATPases de type P: ATPases E1E2 Cations (Na+, K+; H+, Ca++)
� La pompe Na+/K+ (ATPase Na+K+)
dans toutes les cellules animales
Maintient le gradient de concentration Na+/K+ de part et d’autre de la membrane plasmique
� La pompe Ca++ (Ca++ ATPase)
Maintien de la faible concentration de Ca++ intracytoplasmique
Localisée
- Dans la membrane plasmique
- dans le réticulum endoplasmique (réserve de Ca++)
1- Les Pompes (ATP)QCM 8
Cytosol (intracellulaire) Milieu extracellulaire
K+ +++ +
Na+ + +++
Cl- + +++
Ca++ + (10-7/-4M) variations locales ++
Mg2+ + ++
ATPase Na+ / K+ 3Na+2K+
Energie ++ (ATP)
- Contre le gradient: nécessite de l’énergie +++ ATP
∼25% de l’énergie utilisée par une cellule animale !
- Entrée de Na+ dans la cellule = Force permettant de transporter d’autres éléments (ex: glucose, ions H+…) (nutriments, pH cytosolique)
� La pompe Na+/K+ (ATPase Na+K+ )
+
QCM 8
ATPADP
Pompegradient
ATPADP
Pompegradient
�Transporteurs ABC:
- Plus grande famille de transporteurs couplés à l’ATP
- ABC = ATP Binding Cassette (ABC = domaine ATPase)
-Transport d’ions et de petites molécules (acides aminés, mono et poly-saccaharides, peptides et protéines)
- localisés dans la membrane plasmique, le réticulum endoplasmique…
1- Les Pompes (ATP)QCM 11
� Exemples de transporteurs ABC:
- Protéine MDR: Multi Drug Resistance ( dans les cellules tumorales)Exportent les drogues vers le milieu extra cellulaire
résistance aux drogues
- CFTR: contrôle [Cl-] dans les fluides extracellulaires (poumon++)Mutations mucoviscidose
TransporteurTransporteur
gradientgradient
TransporteurTransporteur
gradientgradient
2- Les Transporteurs
- Fonctionnent dans le sens du gradient de concentration ou électrochimique
(« Facilitateurs »)
- Précurseur commun ( segments hydrophobes)
12 ou 6 hélices transmembranaires, les 2 extrémités N et C ter du côtécytosolique (cf schéma TM)
- Réversibles:
Modifications conformationnelles réversibles
Fonctionnent dans les deux sens, en fonction du gradient de concentration
QCM 12
Structure des protéines de transport
Transporteur à 12 hélices Transporteur à 6 hélicesModèles hypothétiques du mécanisme de transportpar réorientation des hélices transmembranaires
C
N
C
N
Modification Conformationnelle
réversible
glucoseOuverture du pore
vers l’extérieur
Ouverture du porevers l’intérieur
Liaison du glucosedans le pore
Extrémités N et C terminales en intra-cytosolique
QCM 12, 13
Trasnport selon le gradient de concentration:
Diffusion simple / Diffusion facilitée (transporteurs)
2- Les Transporteurs
Diffusion facilitée:
Transporteurs
Diffusion simple
Saturation du transporteur
GLUT1
QCM 12-13
3 modes de transport
- Une molécule est transportée dans le sens du gradient de concentration
→ Energie
- L’autre molécule est transportée contre son gradient de concentration
Diffusion facilitée
Diffusion facilitée:
Transporteurs
Diffusion simple
Saturation du transporteur
Diffusion facilitée:
Transporteurs
Diffusion simple
Saturation du transporteur
Transported molecule
TransporteurTransporteur
gradientgradient
TransporteurTransporteur
gradientgradient
2- Les TransporteursQCM 12-13
2- Les Transporteurs
Transport couplé:
Rôle de l’ATPase Na + /K + : Entretient le gradient de Na+ +++
Gradient de Na+ énergie pour
d’autres transport
Exemples:
- Symport: Na + et sucres/acides aminés: Cellules intestinales, cellules rénales +++:
- Antiport:
Echangeur Na + /H + maintien du pH cytosolique
(entrée de Na+ / sortie - » expulsion » de H+)
TransporteurTransporteur
gradientgradient
TransporteurTransporteur
gradientgradient
QCM 12-13
Exemple du glucose dans l’entérocyte
ATPaseNa+/K+
TransporteurTransporteur
gradientgradient
TransporteurTransporteur
gradientgradient
2- Les Transporteurs
Concentration en glucose faible
Concentration en glucose forte
Concentration en glucose faible
QCM 12-13
Domaine latéral
Domaine basal
Domaine apical
Lumière intestinale
Espace tissulaire d’échange avec le compartiment sanguin
Exemple du glucose dans l’entérocyte
ATPaseNa+/K+
Transport Glc
TransporteurTransporteur
gradientgradient
TransporteurTransporteur
gradientgradient
2- Les Transporteurs
Uniport Glc
(idem GLUT1 du globule rouge)
Sens du gradient
Concentration en glucose faible
SymportGlc/Na++
(SGLT1)
Contre gradient
Concentration en glucose forte
Concentration en glucose faible
→ Permet l’absorption du Glc
QCM 12-13
Lumière intestinale
gradientgradientCanalCanal
gradientgradientCanalCanal
3- Les Canaux
- Selon le gradient de concentration ou électrochimique
- Passage d’un grand nombre de molécules, très rapidement
- Sélectivité variable
- Les canaux fonctionnent en parallèle avec les pompes, et les transporteurs
- 3 fonctions:
- Transport de l’eau et des ions à travers les membranes
- Régulation du potentiel électrique
- Régulation du passage du Ca++ Signalisation
Contraction musculaire
QCM 14
gradientgradientCanalCanal
gradientgradientCanalCanal
3- Les Canaux
Structure des canaux
• la plupart des protéines canalaires traversent 2 ou plusieurs fois la bicouche lipidique . Parfois il s'agit d'une seule grande chaîne ploypeptidique. Mais dans de nombreux cas il existe plusieurs sous-unités;
C
N
Canal potassique KcsAde Streptomyces lividans
Structure boucle et hélice courte nommée P car impliquée dans la
perméabilité du pore
C
N
C
N
Canal potassique KcsAde Streptomyces lividans
Structure boucle et hélice courte nommée P car impliquée dans la
perméabilité du pore
CN
Canal potassique KcsAde Streptomyces lividans
Structure boucle et hélice courte nommée P car impliquée dans la
perméabilité du pore
S1 S2 S3 S4 S5 S6
CN
Canal potassique KcsAde Streptomyces lividans
Structure boucle et hélice courte nommée P car impliquée dans la
perméabilité du pore
S1 S2 S3 S4 S5 S6
C
N
C
N
Structure du canal mécanosensible MscL de Mycobacterium tuberculosis
P: contrôle la perméabilité
S5 S6
QCM 14
Gating = passage entre les états de conduction (O) et de non conduction (F)
Transitions F O rapides, - parfois spontanées- ou contrôlées (signalisation: phosphorylation…)
Etat supplémentaire pour certains canaux: inactivation (I)
Fermé Ouvert Inactivation par lastructure sphérique
K+
Fermé Ouvert Inactivation par lastructure sphérique
K+
Fermé Ouvert Inactivation par lastructure sphérique
K+
gradientgradientCanalCanal
gradientgradientCanalCanal
Gating
QCM 15 3- Les Canaux: activation
gradientgradientCanalCanal
gradientgradientCanalCanal
3- Les Canaux
Partie apolaire de la bicouche lipidique: D
QCM 16
C
N
Canal potassique KcsAde Streptomyces lividans
Structure boucle et hélice courte nommée P car impliquée dans la
perméabilité du pore
C
N
C
N
Canal potassique KcsAde Streptomyces lividans
Structure boucle et hélice courte nommée P car impliquée dans la
perméabilité du pore
Milieu extracellulaire: A
Extrémités N et C terminales: C
Zone de contrôle de la perméabilité membranaire: E Milieu intracellulaire:
Classification par “gating”:ce qui ouvre et ce qui fermeles canaux
3- Les Canaux: activationQCM 14gradientgradient
CanalCanalgradientgradient
CanalCanal
fermé
ouvert
Voltage dépendant
Ligand-dépendant (extraC)
Ligand-dépendant (intraC)
Mécano-sensibles
- Canaux sodiques et potassiques (potentiels d’action)
- Canaux calciques
Ligands: ATP, neurotransmetteurs (acétylcholine, sérotonine,GABA…)
gradientgradientCanalCanal
gradientgradientCanalCanal
CanauxMscL:
s'ouvrent en réponse à un étirement de la membrane plasmatique
- Ligands: Ca++, GMPc…
QCM 17 3- Les Canaux: activation
gradientgradientCanalCanal
gradientgradientCanalCanal
3- Les Canaux
Canaux voltage-dépendants
Cellules excitables: neurones, cellules musculaires
- Canaux calciques
- Canaux sodiques et potassiques
Courant électrique stimulant
Potentiel membranaire (mV)
Etat des canaux sodiques
fermé ouvert inactivé fermé
Deux courants se développent simultanément pendant le potentiel d'action:
- Le courant Na+ assure la phase de dépolarisation membranaire
- alors que le courant K+ assure la phase de repolarisation membranaire .
3- Les Canaux
Potentiel membranaire (résultante canaux Na + + K+)
3- Les Canaux
Nœud de ranvier
Présence de canaux sodiques voltage dépendant concentrés dans les nœuds de Ranvier
« Saut » du potentiel d’action d’un nœud à l’autre
Gaine de myelineNœud de Ranvier
Vitesse de propagation du potentiel d’action +++
3- Les Canaux
gradientgradientCanalCanal
gradientgradientCanalCanal
Canaux sodiques épithéliaux
-Accélèrent le transport de Na+ et d’eau à travers les tissus épithéliaux
- Selon le gradient de [Na+] ext int
- Localisation apicale
- La pompe ATPase Na+/K+ rétablit le gradient (en baso-latéral)
QCM 18
3- Les Canauxgradientgradient
CanalCanalgradientgradient
CanalCanal
Canaux sodiques épithéliaux: absorption de Na+ par le rein
Canal Na+
ATPaseNa+/K+
apical
Baso-latéral
QCM 15
Concentration en Na+ forte
Concentration en Na+ faible
Concentration en glucose faibleConcentration en
Na+ forte
Canal
ATPaseNa+/K+
lumière
sang
Cellule rénale
3- Les Canaux
Syndrome de Liddle Allongement du temps d'ouverture des canaux sodiques épithéliaux.
QCM 18
Syndrome de Liddle:
Allongement du temps d’ouverture des canaux Na+
Rein réabsorption ++ Na+ et eau
Hypertension artérielle
3- Les Canaux
N
Canal cationique contrôlé par les nucléotides cycliques ou par le Ca++
Domaine de liaisondu nucléotide cyclique
S1 S2 S3 S4 S5 S6
C
Site de liaison duComplexe Ca-calmodulineN
Canal cationique contrôlé par les nucléotides cycliques ou par le Ca++
Domaine de liaisondu nucléotide cyclique
S1 S2 S3 S4 S5 S6
C
Site de liaison duComplexe Ca-calmoduline
Région régulatrice P de la perméabilité du canal: A
Segment transmembranaire du canal:B
Nucléotide cyclique qui ouvre le canal.
Site de liaison du complexe calmoduline-Ca++ des canaux
Ca++ dépendants: D
gradientgradientCanalCanal
gradientgradientCanalCanal
Canaux régulés par des ligands intra cellulaires
QCM 19