Biochimie des membranes Les lipides peuvent former différentes structures : -avec cœur hydrophobe, micelle -bilayer -cœur hydrophile, lyposome En fonctlon des lipides, de leurs concentrations… Qu’est ce qu’une membrane ? -communication / échange -séparation des processus métabolique -signalisation -transport Les membranes internes sont plus nombreuses que la membrane plasmiqu Caractéristique de la ou org -Amphipatique -hyd pilc • Sni* to nextÇEge -épaisseur 3-8nm -résistante mais fle -fusion -perméable aux solutés apolaires mais imperméable aux solutés polaires. ) Composition et architecture des membranes Elles sont composées de différents composés lipidiques. Elles sont asymétriques. Elles comportent également des protéines (ratio : lip/prot de 4 à 1:4) Elles sont plus que des barrières passives : -Transport d’ions, de solutés, de petites molécules -Organisation de la transduction de l’énergie et des produits de biosynthèse – Transduction du signal de Pextérieur vers l’intérieur Composition lipidique des membranes -phospholipides de : La longueur des chaines carbonées Le degré d’insaturation (saturé VS.
Insaturé) La tête polaire L’augmentation de la longueur des chaînes carbonées permet ‘augmentation du point de fusion de chaque lipide. Plus un lipide est insaturé (double liaisons), plus son point de fusion est bas. Pour garder la fluidité des membranes constante, certains organismes peuvent faire varier la composition lipidique des membranes. Exemple : E. coli Les composants lipidiques varient en fonction des membranes. 90% appartiennent à 5 classes de lipides -Les phospholipides constituent plus de la moitié des lipides membranaires -La composition en cholestérol et en sphingolipides est variable Certains lipides ne sont pas présent dans toutes les membranes ex : cardiolipides) Les composants lipidiques varient également au sein d’une même membrane entre différents organismes. La distribution des phospholipides est asymétrique. La composition lipidique des membranes influe également sur leur épaisseur et sur le degré de flexibilité. Le cholestérol augmente l’épaisseur des membranes.
Différence PE et pc. Les membranes répondent aux variations de températures La structure et la flexibilité des membranes sont fonction de la température et de la composition lipidique. A basse température, les membranes se trouvent dans un état ? paracrystallin » (gel) ; au dessus d’une température de transition elles deviennent fluides. Comment sait-on que les membranes sont fluides ? Les lipides se déplacent au sein des membranes de manière non aléatoire. *AGF 9 rif q taux de diffusion en fonction de la localisation et de la nature des lipides.
Le modèle de mosaique fluide impose des mouvements latéraux (les interactions ne sont pas covalentes) mais restreint la mobilité transversale. Il existe sous les membranes des protéines qui permettent un soutien physique ainsi que la connexion entre la membrane et le cytosquelette. Certaines protéines transmembranaires sont associées au Mesure de la trajectoire de certaines protéines natives ou mutées : La protéine mutée dont il manque une partie du segment intracellulaire est beaucoup plus libre que la protéine native qui est associée au cytosquelette.
Le modèle de la mosaïque fluide a été modifié pour inclure l’influence sur la membrane. Il existe différents types de protéines membranaires. -Périphériques A l’extérieur ou à l’intérieur de la membrane, associées par des interactions faibles ou par des « ancres » lipidiques qui peuvent être dissociées par Changement de pH or ou de force ionique Elimination de calcium (chélation) Traitement par de l’urée. -Internes aux membranes Elles ne peuvent être extraites des membranes que par perturbation de la bicouche par l’action d’un agent détergent ou par un solvant organique.
Elles sont souvent insolubles dans l’eau. D’autres protéines périphériques sont « ancrées » dans les membranes par des résidus lipidiques. Les ancres sont asymétriques : Ancres palmitates et farnésyl à l’intérieur de la membrane plasmique. de ces protéines au sein des membranes est moins forte que pour les prot transmembranaires. Il existe différents types de protéines transmembranaires. Une protéine transmembranaire (interne) : La glycophorine La topologie transmembranaire de cette protéine peut être prédite par son profil d’hydrophobicité.
Les profils d’hydrophobicité Un index d’hydrophobicité est affecté à chaque acide aminé Un Ih positif représente un AA hydrophobe Un Ih négatif représente un AA hydrophile. En fonction de la chaîne d’acide aminés constituants une protéine, il sera possible de tracer un profil d’hydrophobicité. Ce profil permet de prédire les segments transmembranaires (hydrophobes). Il faut ensuite retrouver ces résultats par des expériences de biochimie structurales). Au sein même d’une structure secondaire (hélice alpha), le profil d’hydrophobicité permet de prédire la fonction d’une protéine transmembranaire.
Le transporteur du glucose est composé de 12 segments transmembranaires qui forment des hélices alpha. Plusieurs dentres elles sont asymétriques au niveau de leur profil d’hydrophobicité. Elles sont formées d’AA polaires ou chargés sur une de leurs « faces n. L’assemblage des différentes hélices alpha permet de prédire le passage possible d’une molécule polaire : le lucose. A l’interface entre la partie hydrophile et la partie hydrophobe des membranes sont souvent retrouvés des AA spécifique : la tyrosine et le tryptophane.
La tyrosine et le tryptophane sont retrouvés à l’interface entre le milieu aqueux et le milieu hydrophobe. Leurs chaînes latérales permettent des interactions à la fois avec le cœur interne hydrophobe des membranes et latérales permettent des interactions à la fois avec le cœur interne hydrophobe des membranes et avec leur tête hydrophile. Il existe également des protéines transmembranaires à feuillets Béta. Des protéines membranaires sont parfois également glycosylées sur leurs portions extracellulaires.
Il existe également des glycolipides au sein des membranes. Ils possèdent différents sucres qui peuvent varier. Les groupes sanguins sont en partie dûs aux glycolipides. Des sphyngolipides et du cholestérol peuvent se regrouper pour former des structures particulières au sein des membranes. Ils forment des microdomaines d’épaisseur supérieure où sont exclus les phospholipides. Ces radeaux lipidiques sont moins fluides que le reste de la membrane et peuvent représenter près de la moitie des la urface membranaire.
Des protéines fixées par une ancre glycosylphosphatidyl inositol y sont retrouvées. Ces structures sont stables à l’échelle biochimique mais peuvent échanger des prot ou d’autres composés. Communicatlon et transport des métabolltes Les interactions cellulaires La fusion membranaire Les compartiments cellulaire (noyau, RE, Golgi … ) sont en constante réorganisation (exo/endocytose, division cellulaire… ) Ceci est permis par l’intermédiaire de la fusion membranaire. La fusion necessite Une reconnaissance mutuelle Une proximité spatiale l_Jne désorganisation temporaire
Une réorganisation un déclenchement par un signal spécifique Ce phénomène fait intervenir des protéines de fusions. La fusion membranaire : Mécanisme : entre vSNARES et t SNARES Rapprochement spatial entre les membranes Ouverture et hémifusion des feuillets externe de la bicouche (structure instable) Fusion des feuillets internes Formation d’un pore de fusion Libération du contenu de la vésicule La toxine botulique secrétée par Clostridium Botulinum est une protéase spécifique des SNARES.
Elle induit une paralysie musculaire par blocage du transfert de l’influx nerveux : le lifting chimique. Transport de métabolites à travers les membranes Les cellules doivent être sélectives et efficaces au niveau import/ export des ions et des différents métabolites. Les membranes sont imperméables aux solutés polaires mais laissent passer certains composés apolaires. Le transport moléculaire à travers les membranes est effectué par des protéines (pompes, transporteurs, canaux).
Il existe plusieurs mécanismes (diffusion simples, diffusion facilité, canaux ioniques=transport passif, et transport actif) qui permettent de transporter des molécules à travers les Il existe plusieurs mécanismes : Diffusion simple Diffusion facilité-transport passif Transport actif Et canaux ioniques Il existe de multiples systèmes de transport qui coordonnent le mouvement des solutés à travers une cellule. Principe de la simple diffusion La diffusion suit toujours ctrochimique. propriétés physiques et chimiques déterminent le mode de transport. ne membrane perméable à un soluté non chargé laissera passer jusqu’à atteindre une concentration équivalente de part et dautre. Pour un soluté chargé, la concentration d’équilibre dépend du gradient de concentration et du gradient électrique La simple diffusion est importante dans certains tissus. (ex : poumons avec C02 et 02) Transport par diffusion facilité Il existe 2 types de transport par diffusion facilitée. Celui utilisant des transporteurs protéiques. Ils fixent un substrat de façon spécifique, catalysent son transport à travers une membrane, sont saturable et souvent manomer. ues. Celui utilisant des canaux. Les canaux permettent un transfert plus rapide que ceux des transporteurs protéiques. Ils sont moins stéréospécifiques que les transporteurs. Souvent ollgomériques. Les transporteurs peuvent être considérés comme des enzymes. Les transporteurs sont analogues aux enzymes. Ils fixent leur substrat, sont spécifique. Leur cinétique peut être étudiée. Les systèmes antiport, uniport et symport peuvent coexister et transporter une molécule : cas du glucose et du Na+.
Les transporteurs ont des mécanismes réactionnels impliquant un changement de conformation . Le système uniport, cas du transporteur du glucose. Cinétique du transport du glucose Le métabolisme des éryth site du glucose transféré équations du type de celles utilisées en cinétique enzymatique. A la différence près que le « substrat » et le « produit » sont dentique, aucune différence chimique. Le Kt (constante de transport) représente le « Km » C’est-à-dire la spécificité du transporteur.
Comment un transporteur peut il être spécifique ? C’est une protéine. Avec un site pour le substrat. Où la fixation induit un changement conformationnel. Biosignalisationrrransduction du si nal cellules cibles & les récepteurs sont très sélectifs. B) Signalisation Paracrine : Les molécules signal ne sont pas secrétées dans le sang mais à un niveau local. Les molécules secrétées sont des médiateurs locaux (nM-pM) Elles permettent une communication cellulaires localisée et apide. Une cellule est à la fois sécrétrice et récepteur du signal. Autocrine) Pour répondre à un sginal 1) une cellule (tissu) doit avoir un récepteur spécifique du signal. 2) La cellule (tissu) doit avoir la machinerie métabolique lui permettant d’amplifier et de répondre au Slgnal. Les réponses sont hautement spécifiques La spécifité résulte de la liaison entre une molécule « récepteur » et une molécule « signal » Les réponses sont très sensibles : Réponses déclenchée à partir de IOA-IOM La liaison est similaire à celle d’un complexe ES ou d’une liaison ntigène-anticorps Les réponses peuvent être amplifiées par des cascades enzymatiques.
Les réponses peuvent résulter de plusieurs signaux. La transduction du signal : Un signal est reçu Le signal est amplifié Une réponse est effectué Il existe une spécificité à tous les niveaux Un feedback est possible Il y a conservation des voies de signalisation entre beaucoup d’espèces. Une molécule signal est spécifique d’un site de liaison présent sur un récepteur. D’autres molécules signal différentes ne peuvent se fixer sur ce récepteur. Le sienal est amplifié de m pac;FgCFq
