1 S Morandat Membranes

7/22/2019 1 S Morandat Membranes

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LES MEMBRANES BIOLOGIQUESLES MEMBRANES BIOLOGIQUES


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La composition

La composition

Les lipides

Les lipides

Les acides grasLes glycrophospholipidesLes ther phospholipidesLes sphingolipidesLes glycolipidesLe cholestrol (strode)Caractre amphiphileAuto-assemblage des lipides dans leau

La membrane plasmique : diffusion et asymtrie

La membrane plasmique : diffusion et asymtrie

Les protines membranaires

Les protines membranaires

La membrane plasmique

La membrane plasmique

Les protines membranaires intrinsquesLes protines membranaires modifications lipidiques

Historique

Thorie des RaftsLe glycocalyx

La diffusion latrale des protinesLa diffusion latrale des lipidesExemplesLes limitations


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Les parts des diffrents constituants (glucides, protines et lipides) varient d'un

type cellulaire l'autre. On peut nanmoins donner en exemples les valeurs

trouves pour le globule rouge :

Lipides : 49% (55% de phospholipides, 25% de cholestrol et 20% de glycolipides)

Glucides : 8% (glycocalyx)

Protines : 43%

La composition

La composition


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Les lipidesLes lipides


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Les lipides : les acides grasLes lipides : les acides gras


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Les lipides : les glycrophospholipidesLes lipides : les glycrophospholipides


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Les lipides : les thers phospholipidesLes lipides : les thers phospholipides

Les plasmalognes :


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Les lipides : les sphingolipidesLes lipides : les sphingolipides


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Les lipides : les glycolipidesLes lipides : les glycolipides

DAG Ceramide


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Les lipides : le cholestrol (strode)Les lipides : le cholestrol (strode)


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Une tte hydrophile et une (ou plusieurs) queue(s) hydrophobe(s)

D aprs Delattre et al., Les liposomes, aspects technologiques, biologiques

et harmacolo i ues, Les ditions INSERM, 1993

Caractre amphiphileCaractre amphiphile


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Auto-assemblage des lipides dans leauAuto-assemblage des lipides dans leau

Le concept de forme

Effet hydrophobe (force de Van derWaals) = force principaledassemblage des molculeslipidiques


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Les protines associes la membrane par des modifications

lipidiques :-S-Palmitoylation-N-Myristoylation-Isoprnylation-Glypiation

Les protines intrinsques :en interaction avec les cur hydrophobe de la membrane

Les protines extrinsques :faiblement associes la membrane par des interactions lectrostatiques

Les protines membranairesLes protines membranaires


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La bactriorhodopsine

Les protines membranaires intrinsquesLes protines membranaires intrinsques


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Indice dhydrophobicitPossibilit de prdire les zones de la protine localises

dans la bicouche lipidique



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La Porine Omp F ( Outer Membrane Protein ) de Escherichia coli

Structure en barrel, 16 feuillets anti-parallles

Transport ions et solutshydrophiles < 600 kDa

Association en trimres



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Myristoylation

COO-

Gly

NHO =

Palmitoylation

C COO-

O =S

NH2

COO-C

S

NH2

Isoprnylation

P

O-CH2-CH

2-C=O

H2N

Glypiation

Extracellulaire

Intracellulaire

Co-traductionnelle Post-traductionnelle

Les protines membranaires modifications lipidiquesLes protines membranaires modifications lipidiques


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1813: Eugne Chevreul dcrit le concept d'acide gras.1847: Thodore Nicolas Gobley isole la lcithine du jaune d'oeuf. Il est defait le dcouvreur des phospholipides.1855: Von Ngeli et Carl Eduard Cramer crent le concept de membraneen tant que barrire pour expliquer les phnomnes osmotiques.1890: Lord Raleigh ralise une srie d'expriences sur l'interface eau-huileet calcule l'paisseur d'un film d'huile la surface d'une tendue d'eau.1895-1899: Charles Ernest Overto dcouvre que la capacit d'unesubstance traverser la membrane dpend de son caractre hydrophobe. Il

formule l'hypothse d'une membrane compose de lipides.1917: Irving Langmuir tudie la structure des films d'huile la surface del'eau. Il formule l'hypothse d'une monocouche d'acide gras s'orientantverticalement, le groupe carboxyl orient vers l'eau et la chane alkyle

oriente vers l'air.

La membrane plasmique : historiqueLa membrane plasmique : historique


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1925: Gorter et Grendel dmontrent la capacit de certains lipides formerdes simples et des doubles couches. Ils montrent galement que la surfacedes lipides extraits des globules rouges est gale deux fois la surface deces cellules. Ils sont ainsi les premiers formuler l'hypothse d'unemembrane cellulaire forme d'une double couche de lipides.1935: James Frederic Danielli et Hugh Davson formulent l'hypothse d'unemembrane cellulaire compose d'une bicouche de lipides en sandwich entredeux couches de protines.

1965 Bangham, Standish et Watkins synthtisent les premiers liposomes partir de lcithine d'uf dshydrate.



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1972: Jonathan S. Singer et Garth L. Nicholson repensent l'hypothse deDanielli et Davson et dcrivent le modle de la mosaque fluide. Lamembrane est toujours organise en bicouche mais les ttes polaires desphospholipides sont directement en contact avec l'eau. Les protines

membranaires flottent dans ou en surface des lipides.

paisseur de lamembrane plasmique

entre 5 et 7 nm

Modle montr laid

de la microscopielectronique



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Depuis les annes 70, des extractions avec des dtergents ont permis demettre en vidence des clusters de lipides organiss de manire semi-cristalline et appels microdomaines (Sackmann, Israelachvili and

Karnovsky).

Ces clusters sont enrichis en sphingolipides, cholestrol et glycolipides etils sont rsistants au traitement par un dtergent non-ionique froid.

La membrane plasmique : thorie des raftsLa membrane plasmique : thorie des rafts

Ces microdomaines ont galement t montrs dans des cellules (Simons,van Meer, Brown, Rose and Ikonen). Ils sont enrichis en certains lipides

mais galement en certaines protines particulires et sont appels rafts .Les rafts sont petits (10-200 nm), htrognes et trs dynamiques. Ilssemblent impliqus dans la signalisation cellulaire mais leur rle exact resteencore dfinir.


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Schma de lorganisation des rafts(daprs N.M. Hooper, 1998)

Protine pied dancrage GPIProtine transmembranaire

Sphingomyline

Cholestrol

Phospholipide

acides gras spcifiquesProtine de la

famille des Src-kinases

Matrice extracellulaire

Cytoplasme

Membrane

plasmique

Phospholipide

Glyco-sphingo-lipides

La membrane plasmique : thorie des raftsLa membrane plasmique : thorie des rafts


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La membrane plasmique : le glycocalyxLa membrane plasmique : le glycocalyx

Le glycocalyx (ou feutrage micro fibrillaire ou cell coat ou encoreglycolemme) est un lment existant chez tous les types cellulaireseucaryote qui est compos est compos de glycoprotines et de glycolipides.

Sa fonction principale est d'aider lareconnaissance intercellulaire (denombreux sucres exposs lasurface cellulaire appartiennent au

systme complexe majeurd'histocompatibilit).

De plus, c'est une barrire

dynamique l'adhsion cellulaires.

Il joue galement un rle contre lesagressions mcaniques, chimiques etenzymatiques.


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La membrane plasmique : diffusion et asymtrieLa membrane plasmique : diffusion et asymtrie


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La diffusion latrale des protinesLa diffusion latrale des protines

Le coefficient de diffusion est reli la fluidit (la viscosit) de lamembrane.

Le coefficient de diffusion latrale dune protine sphrique est :

DL = k.T/(8...a)Aveck : constante de Bolzmann : viscosit de la membranea : rayon de la particule sphrique.

Sa dimension est le m.s-1, titre dexemple une molcule qui a uncoefficient de diffusion de 10-12 m.s-1 balaye une surface de 4 mpar seconde.


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La diffusion latrale des lipidesLa diffusion latrale des lipides

Le milieu lipidique nest pas considr comme continu vis--vis de sapropre diffusion, on applique donc la thorie de lespace libre olon considre quun lipide se dplace par sauts dans un espace

contigu libr par les fluctuations des autres lipides.

Le coefficient de diffusion latrale dun lipide est :

DL = (1/4)..

Avec : frquence du saut : longueur du saut.

La longueur du saut peut-tre estime 0,7 nm (distance sparantdeux lipides), la frquence du saut est comprise entre 107 et 108 s-1

donc les coefficients de diffusion sont denviron 10-11-10-15 m.s-1.


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La diffusion latrale : exemple pour les lipidesLa diffusion latrale : exemple pour les lipides

DMPC

DMPC + cholestrol

10-15

10-13

10-11

DL (m2.s-1)

Temprature (C)10 20 30


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La diffusion latrale : exemple pour les protinesLa diffusion latrale : exemple pour les protines

Modification de la diffusion latrale desprotines :

-la fluidit lipidique

-le rapport lipide/protineDL peu modifi par la masse molaire.

3.10-1330

10-115000

DL (m.s-1)lipide/

protine(mole/mole)

5.10-12Chanesdsordonnes

10-14Chanes ordonnes

DL

(m.s-1)Transporteur

danions dans

3.10-12250 kDa

Rcepteur delActhylcholine

5.10-12100 kDaCa++ ATPase

10-1130 kDa

Bactriorhodopsine

DL (m.s-1)MM protine


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La diffusion latrale des lipides : limitationsLa diffusion latrale des lipides : limitations

-Prsence de protines (cristaux 2D)

aquaeporin-1

-Interactions avec le cytosquelette

-Interactions avec la matrice extracellulaire

-Prsence de certains lipides (cholestrol)


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Rappels sur la matrice extracellulaireRappels sur la matrice extracellulaire


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LES MEMBRANES BIOLOGIQUESLES MEMBRANES BIOLOGIQUES

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