S B I 4 U L . K U T C H A W 2 0 1 5

LA MEMBRANE CELLULAIRE: STRUCTURE ET FONCTION

Résultat d’apprentissage: Je décris les

innovations technologiques et les besoins

de la société à l’aide de la structure et la

fonction des macromolécules, les

réactions biochimiques et des enzymes.

LA MEMBRANE CELLULAIRE

Fonction:

• elle sépare les organismes unicellulaires de leur environnement externe aqueux et les cellules des organismes multicellulaires du liquide extracellulaire

• sélective et dynamique pour faciliter ou empêcher l’entrée et la sortie des substances

Amibe (organisme

unicellulaire aquatique) érythrocytes (cellule d’organisme multicellulaire)

HISTORIQUE DES DÉCOUVERTES

• 1900: les molécules liposolubles pénètrent dans les cellules plus rapidement que les molécules hydrosolubles • Conclusion: la membrane doit être constitué de

lipides

• 1925: Analyse chimique démontre que la membrane est composé d’une bicouche de phospholipides

• 1940: des substances non lipidiques traversent la membrane donc il doit avoir autres composantes comme des protéines

• 1950: première image d’une membrane cellulaire • Confirme la structure en sandwich (bicouche)

• 1972: Singer et Nicolson propose le modèle de la mosaïque fluide

1970 : FRYE & EDIDIN : LES PROTÉINES DIFFUSENT LIBREMENT DE MANIÈRE LATÉRALE DANS LA

MEMBRANE CELLULAIRE HTTP://JCS.BIOLOGISTS.ORG/CONTENT/7/2/319.LONG

• L’expérience • Les protéines

membranaires des souris ont été marquées avec un anticorps de fluorescence

• Les protéines membranaires des humains ont été marquées avec un anticorps de rhodamine

Page 15 http://www.ulb.ac.be/sciences/physcell/pdf/cours/2010-2011/BMOL-F-402_10_11_02b.pdf

Production d’un

hétérocaryon à l’aide d’un

virus

SUITE…1970 : FRYE & EDIDIN : LES PROTÉINES AUSSI DIFFUSENT LIBREMENT

• Le résultat:

• Après 120 minutes,

toute la

membrane

démontre des

protéines de

chaque source

(souris et humaine)

distribuées de

manière

homogène dans la

membrane.

SINGER ET NICOLSON 1972 PROPOSENT LA THÉORIE DE LA MOSAÏQUE FLUIDE

• La membrane plasmique est constituée d'une bicouche lipidique, de protéines et de glucides associés de diverses manières à la bicouche.

• Science. 1972 Feb 18;175(4023):720-31. • http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/4333397?report=abstract

LE MODÈLE DE LA MOSAÏQUE FLUIDE

• Proposé par Jonathan Singer et Garth Nicolson en 1972

Description du modèle:

• des protéines insérés dans une bicouche de phospholipide avec la partie polaires sortant de la membrane

• Mosaïque protéines et lipides

• Fluide composante en mouvement

UNE MOSAÏQUE FLUIDE HTTP://MONDE.CCDMD.QC.CA/RESSOURCE/?DEMANDE=DESC&ID=50250

• Composition: • Une bicouche de phospholipides (mouvement latéral à une

vitesse de 2m/s, rotation et changement de place avec les phospholipides voisins)

• Des protéines transmembranaires, périphériques et intrinsèques (le mouvement latéral est beaucoup plus lent)

• Des glucides à l’extérieur seulement (pour la communication intercellulaire)

Source : "Principes de Biochimie"

Horton et al. (1994)

COMPARAISON ENTRE LE MODÈLE PROPOSÉ EN 1972 ET CELUI PROPOSÉ

EN 2006

• http://www.ulb.ac.be/sciences/physcell/pdf/cours/

2010-2011/BMOL-F-402_10_11_02b.pdf (p. 16)

• <<lipid raft>> domain particulier hétérogène composé de

protéines et de lipides

• <<lipid shell>> lors de la synthèse de la protéine il semble

que certaines d’entre-elle sont directement associé aux lipides, ceux-ci permettent de modifier la structure à 3D et

détermine l’orientation de la protéine dans la membrane

cellulaire.

• La composition en protéine varie selon le type de

cellule: (voir les deux exemples)

P. ex. La membrane interne de la mitochondrie

contient 76% de protéines

P. ex. La membrane d’une gaine de myéline contient seulement 18%

de protéine (la forte concentration en lipides permet d’isoler le flux

électrique d’un neurone)

LA FLUIDITÉ DE LA MEMBRANE

• Le rôle des phospholipides insaturés: • Plus la membrane est

composée de phospholipides insaturés, plus que la membrane est fluide

• Le rôle de la température: • Une augmentation de

température augmente la fluidité de la membrane.

• Une diminution de température à un point critique peut solidifier une membrane (plus que la membrane est composée de phospholipides saturés, moins qu’elle peut maintenir une fluidité aux températures faibles)

*Certaines plantes peuvent

modifier la composition de leurs

membranes selon les saisons.

LE RÔLE DU CHOLESTÉROL: UN STÉROÏDE

• http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011224005000921

• http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0005273610000301

• Le groupement fonctionnel: -OH donne à la molécule une caractéristique hydrophile • Presque d’absent chez les

procaryotes

• Abondant chez les plantes

• Présent chez les mammifères

LE TRANSPORT MEMBRANAIRE

Concentration

élevée

Concentration

faible

LA DIFFUSION SIMPLE

• Processus passif (n’utilise pas d’ATP) • Dans le sens des concentrations fortes

vers les concentrations faibles, jusqu'à équilibre des concentrations de part et d'autre de la membrane.

• La molécule doit être hydrophobe (ou apolaire), donc soluble dans la membrane cellulaire.

• Si la molécule est polaire, elle doit être suffisamment petite pour diffuser passivement.

• Le taux de diffusion est proportionnel au gradient de concentration. C’est-à-dire, plus la différence de concentration d’oxygène est élevée dans le milieu extracellulaire (comparé à sa concentration intracellulaire) plus d’oxygène entrera dans la cellule rapidement.

• http://ead.univ-angers.fr/~jaspard/Page2/COURS/3CoursdeBiochSTRUCT/7Transports/1Transports.htm

LA DIFFUSION FACILITÉ

• Transport passif

• Le mouvement net repose sur un gradient de concentration (fort faible) comme la diffusion simple.

• Le mouvement ne se fait pas directement à travers de la membrane, mais plus tôt par voie d’un canal protéique ou un canal ionique (une sorte de porte ouverte). • Un canal protéique ou un canal ionique est spécifique à un ion ou

une petite molécule. • Aucune transformation dans la forme de la protéine n’est requise pour

permet la diffusion facilitée.

LA DIFFUSION FACILITÉ

• Les transporteurs peuvent

être des uniports (laisse passe la molécule en

une seule direction), des

symports (laisse passer

deux molécules de

nature différente dans la même direction) ou des

antiports (deux

molécules de nature

différente dans les

directions opposées)

TRANSPORT ACTIF

• Nécessite l’ATP ou un gradient de concentration

électrochimique (le transport est couplé)

• Transport de molécule contre un gradient de

concentration

• Ex. permet

l’influx d’un

neurone

• Les influx

nerveux

dépendent

des pompes

Na+/K+

ATPase ainsi

que les

canaux

ioniques K+ et

Na+.

TRANSPORT ACTIF POUR LE SUC GASTRIQUE DE L’ESTOMAC

• Les ions d’hydrogène sont transportés contre leur

gradient de concentration.

• H+/K+ ATPase permet le transport

RÉSUMÉ

• Dans une bicouche de phospholipides, les acides gras sont orientés un vers l’autre tandis que la tête polaire s’oriente vers l’extérieur de la couche.

• Les bicouches de phospholipides de toutes les membranes contiennent des protéines, des glycoprotéines, du cholestérol et autres stéroïdes et des glycolipides.

• Toute membrane cellulaire referme un compartiment et a une face intracellulaire et extracellulaire.

• Les membranes sont asymétriques. C’est-à-dire, l’orientation des protéines intégrales est spécifique à une face de la membrane et la présence des glycolipides sont exclusivement présents sur la face extracellulaire.

• La plupart des protéines et des lipides se déplacent de façon latérale dans une membrane donc les membranes cellulaires sont des mosaïques fluides

RESSOURCE SUPPLÉMENTAIRE

Résumé de la membrane cellulaire:

http://cellule.ccdmd.qc.ca/index.php?nh=18

Le transport actif:

http://cellule.ccdmd.qc.ca/?nh=18,31

Source primaire (complexe)

• http://www.benthamscience.com/open/tobioj/arti

cles/V003/SI0015TOBIOJ/32TOBIOJ.pdf