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• « La protéine membranaire »

• Nature

• Classification

• Organisation

• Rôle

protéines

membranaire (rappel)

Intro

PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE

STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE

Cours de Cytologie

Dans le génome humain, on estime qu'il y a environ

5500 gènes qui codent une protéine avec une région transmembranaire en hélice, soit

environ

. 26 % des gènes codant pour des protéines.• 50 % des cibles pharmaceutiques

Les protéine de la membrane plasmique ont différents fonctions



Cours de Cytologie

TRANSPORTEURS ANCRAGE RECEPTEURS ENZYMES

Espace

extracellulaire

Espace

intracellulaire

Autres propriétés de la membrane plasmique

Réception de messages- Communication intercellulaires par des messages

chimiques

- Récepteur, second messager

Reconnaissance- Protéines caractéristiques de l’individu

Adhérence cellulaire- Adhérence cellule à cellule

- Adhérence cellule à MEC (matrice extra cellulaire)



Cours de Cytologie

T r a n s p o r t D é f e n s e

Généralités



Cours de Cytologie

► Les protéines membranaires assurent la plus grande partie des fonctions spécialisées de la

cellule vis-à-vis de son environnement.

►Elles constituent environ 50 % du poids sec de la membrane.

►Leur classification repose sur la façon dont elles sont disposées dans la membrane.

Rappel sur les protéines :

– Les protéines sont synthétisées par traduction des ARNm.

– Elles sont composées d’acides aminés reliés les uns aux autres par des

liaisons covalentes : les liaisons peptidiques.

– Elles possèdent chacune une extrémité N-terminale et une extrémité

C-terminale

la signalisation cellulaire

Interaction des protéines avec les membranes

Protéines membranaires

intrinsèques Protéines membranaires

périphériques

Solubilisables après destruction de la

membrane par des détergentsSolubilisables par des moyens physico-chimiques doux

(pH, concentration de sel)



Cours de Cytologie

Différentes protéines sont associées aux membranes de différentes façons



Cours de Cytologie

On distingue différentes formes d'associations protéiques à la membrane :

•Les protéines transmembranaires - constituées d'une chaîne polypeptidique qui traverse une au plusieurs

fois la double couche lipidique (type 1).

•Les protéines membranaires intrinsèques - ancrées par un

phospholipide ou un groupement prényl (chaîne lipidique)

(type 2).

•Les protéines membranaires périphériques - ancrées par une

protéine transmembranaire (type 3).

Associations protéiques à la membrane plasmique ►

Les protéines intrinsèques

a) Les protéines transmembranaires



Cours de Cytologie

Ces protéines :

• Sont liées de façon très étroite à la membrane et donc très difficiles à extraire.

Pour les purifier on utilise soit des détergents (ex : Triton X 100 ou SDS) soit des solvants organiques.

• Traversent la membrane une ou plusieurs fois. Quand elles la traversent une fois elles sont bitopiques, quand

elles la traversent plusieurs fois elles sont polytopiques.

Les interactions entre les lipides membranaires et les protéines transmembranaires sont non-covalentes et se

font par l’intermédiaire des acides aminés hydrophobes de la protéine.

Principe d’action des détergents

détergent

ionique

détergent non-

ionique



Cours de Cytologie


a) Les protéines transmembranaires



Cours de Cytologie

• Les domaines transmembranaires s’étendent en général sur une vingtaine d’acides aminés et sont souvent

organisés en hélice α

• Les domaines extracellulaires et cytosoliques de ces protéines sont généralement hydrophiles.

• Les parties extracellulaires de la protéine peuvent être glycosylées.

Il existe certaines protéines transmembranaires qui ne traversent pas la membrane de part en part et qui ont un

domaine transmembranaire en épingle à cheveux (Ex : la cavéoline entre et ressort côté cytosolique). On Parle

de protéines monotopiques.

Le domaine transmembranaire des protéines est souvent constitué d’hélices a hydrophobes

21 acides aminés hydrophobes

On peut prédire la présence d’une portion transmembranaire d’une

protéine par la présence d’une série de 20 à 25 AA hydrophobes



Cours de Cytologie

Identification des hélices α transmembranaires



Cours de Cytologie

Identification des hélices α transmembranaires :

localisation membranaire de la glycophorine A (érythrocytaire)



Cours de Cytologie

Exemple d’une protéine polytopique Rhodopsine



Cours de Cytologie

Rhodopsin motions predicted by the ANM


b) Les protéines ancrées



Cours de Cytologie

Il existe des protéines liées au feuillet interne de la membrane plasmique par l’intermédiaire :

– d’un acide gras : ce sont les protéines acylées ;

– d’un alcool gras : ce sont les protéines prénylées.

Dans les deux cas, la protéine est liée de façon covalente avec l’acide ou l’alcool gras et ce dernier fait des

interactions hydrophobes avec les lipides membranaires du feuillet interne (ex : les protéines G).

Il existe également des protéines ancrées dans le feuillet externe par l’intermédiaire du phosphatidylinositol.

Ces protéines sont dites glypiées ou ancrées par le GPI (Glycosyl Phosphatidyl Inositol).

La liaison entre le phosphatidylinositol et la protéine est covalente et les acides gras du phosphatidylinositol

font des interactions hydrophobes avec les lipides membranaires du feuillet externe de la membrane plasmique.

Ces protéines sont associées à des lipides membranaires

par liaison covalente.

Les protéines ancrées



Cours de Cytologie

Différents types de protéines membranaires.Adaptée depuis Molecular Biology of the Cell ©

Certaines protéines membranaires sont ancrées à la membrane (lipidation)

DYNAMIQUE MEMBRANAIRE

LA COMMUNICATION CELLULAIRE

Cours de Cytologie

N-Myristoylation S-Palmitoylation

Extracellulaire

Intracellulaire

Les protéines extrinsèques (ou périphériques)



Cours de Cytologie

Ces protéines peuvent se trouver du côté extracellulaire ou cytosolique.

Elles ne sont jamais liées de façon covalente à la bicouche lipidique, elles font des interactions faibles

(liaisons hydrogènes ou ioniques) avec :

– les têtes polaires des lipides membranaires ;

– les régions polaires de protéines intrinsèques.

Ces protéines se détachent de la membrane (et donc se purifient) par simple modifi cation du pH ou de la

force ionique.

Les protéines extrinsèques extracellulaires peuvent être glycosylées.

Exemple d’association des protéines périphérique (extrinsèques)



Cours de Cytologie

+

+

Aassociation avec des protéines intégrales

Loophydrophobe

Hélix α

AmphipathiqueInteractions ionique

et liaisons

hydrogène

Exemple d’association des protéines périphérique (intrinsèques)



Cours de Cytologie

Boucle hydrophobePetits peptides secrétés qui déstructurent les membranes

Cardiotoxine A5Défensine

Hill 1991 Sun 1997




Cours de Cytologie

lipidation

= Ancre GlycosylPhosphatidylInositol

Groupement farnesyl

ou géranylgéranyl




Cours de Cytologie

Ancrage

électrostatique

Annexines

Insertion des protéines dans les membranes



Cours de Cytologie

Exemple d’une protéine chez les procaryotes



Cours de Cytologie

Figure ci-contre : schéma de la diacylglycérol kinase

dans la membrane interne de Escherichia coli.

Exemple d’association chez les eucaryotes



Cours de Cytologie

Liver cytochrome b5 in association with a membrane.

diffusion des protéines membranaires

Dynamique des molécules des membranes

Diffusion latérale des lipides et des protéines

Transport à travers la bicouche lipidique

Réactions aux interfaces



Cours de Cytologie

Dynamique des molécules des membranes



Cours de Cytologie

Mouvements des protéines au sein de la membrane.

Seulement deux types de mouvements sont possibles pour les protéines :

– rotation sur elle-même ;

– diffusion latérale (phénomène mis en évidence par des expériences de fusion cellulaire).

ATTENTION : les protéines ne font pas de flip-flop !

Les lipides et les protéines peuvent diffuser rapidement dans le plan de la membrane

Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP)

Coefficients de diffusion latérale:Lipides 1-2 mm2/s

Protéines membranaires périphériques 1 mm2/s

Protéines membranaires intrinsèques 0.1-0.5 mm2/s

Attachement au cytosquelette 10-4 mm2/s

t = r2/D

t

r



Cours de Cytologie

D : coefficient de diffusion

Les restrictions de mouvements protéiques dans la membrane plasmique



Cours de Cytologie

Limitation de la mobilité d'une protéine membranaire dans un domaine : cellule épithéliale



Cours de Cytologie

En résumé ! Protéines membranaires

• Transmembranaires

– agissent des deux côtés de la membrane

– transport de molécules

– comprennent les récepteurs

• reconnaissance extra cellulaire

• message intra cellulaire

• Non transmembranaires

– associées aux lipides et/ou protéines d'une seule face de la

membrane

– eg : médiation chimique intra cellulaire (moitié cytosolique de

la membrane)



Cours de Cytologie

En résumé ! Protéines membranaires

Protéines transmembranaires

• Toujours orientation unique dans la membrane

• Dû à la synthèse dans le réticulum endoplasmique

• Presque toujours en hélice Ou cylindre



Cours de Cytologie

Protéine membranaires intrinsèque



Cours de Cytologie

Comment maintenir l’asymétrie membranaire



Cours de Cytologie

A : interactions entre protéines :auto-assemblage de gros agrégats

B : interactions avec des assemblages de macromolécules à l’extérieur

de la cellule

C : interactions avec des assemblages de macromolécules à l’intérieur

de la cellule

D : interactions avec les protéines membranaires d’une autre cellule

En limitant la mobilité latérale des protéines

– Connaître les trois catégories de protéines membranaires et leur disposition dans la membrane plasmique.

– Savoir par quels moyens ces protéines sont en contact avec la membrane plasmique.

– Connaître des exemples de fonction de ces protéines au sein de la membrane plasmique.

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