Les membranes cellulaires 1

il existe 2 types de membranes :

cytoplasmiques + systeme mb internes ( entoure les organites : RE , mithocondrie )

Fonction de ses membranes :

• séparation entre différents milieux ( intraç et extraç ou intraorganite et extra … )

•  transmission de force au cytosquelette ( interaction avec les filaments )

•  adhérence ( الالتصاق ) et fixation ( orientation de la cellule )

•  échange et transport

•  réception et transmission de signaux

•  reconnaissance ( grace au molecules d adhesion )

• jaune : communication intercellulaire .

les particularites des mb cytoplasmiques :

• Mince (invisible au microscope optique )

•  assure le contact avec des différences entre les milieu intra et extraç ( échange ionique et proteique qui cree un desequilibre entre les 2 milieux ) .

•  surface est couverte de différentes molécules. ( lipides - prot ) .

• double couche phospholipidiques dans lesquelles s’insèrent de manière asymétrique d’autres molécules le caractérisant .

structures des mb biologiques :

Au microscope électronique, on arrive à distinguer :

• une structure à aspect trilamellaire  :  2 feuillets sombres séparés (nature protéique) par 1 feuillet claire (nature lipidique ) ( grâce au colorant tétroxyle d osmiem qui se fixe sur le phosphocaline )

• Epaisseur  mince  6 à 12nm

•  la même structure dans les membranes internes (mitochondrie, réticulum endoplasmique…), d'où la notion de « membrane unitaire ».

•  composée de 2 hémimembranes dans lesquelles sont insérées des particules qui ont une répartition et une densité différente = Asymétrie de la membrane plasmique

Composition chimique des membranes cellulaires

Les membranes cellulaires se composent principalement de lipides ( 40 % ) , de protéines ( 52 % ) → les 2 associes par des liaisons covalentes ou non covalentes et de glucides ( 8 % ) .

Lipides dans les membranes

Les membranes sont majoritairement constituées de phospholipides ( sont tendances à s’assembler grâce à leur caractere amphipile ( 2 poles : ( ay haja chargé ktkoun → ) hydrophile → tête et hydrophobe → queue ) ) et de cholestérols, représentant environ la moitié de la masse totale de la membrane. Ils sont essentiels pour la formation de la bicouche lipidique.

Protéines dans les membranes

Les protéines, qu'elles soient intégrales (transmembranaires) ou périphériques, jouent des rôles cruciaux dans le transport, la signalisation et l'adhérence cellulaire.

Glucides dans les membranes

Les glucides, souvent sous forme de glycoprotéines et de glycolipides, sont présents à la surface externe des membranes et participent à la reconnaissance et à la communication intercellulaire.

À l intérieur des phospholipides s’insérent :

des gylcoprotéines transmembranaires et qui constituent avec les glycolipides ( 1/10 ) un revêtement fribreux ou glycocalix .

la bicouche lipidique :

un mb non étirable , non comprimables , ms extrêmement flexibles en permettant des réarrangement rapides des lipides .

Les phospholipides et la disposition de la double couche lipidique

Les phospholipides s'assemblent queue à queue, formant la double couche lipidique des membranes, avec les pôles hydrophiles orientés vers l'extérieur.

Structure des phospholipides

Un phospholipide est composé d'un acide gras attaché à une molécule de glycérol, où le 3ème groupe hydroxyle du glycérol est estérifié par un acide phosphorique (H₃PO₄), qui est à son tour relié à un composé hydrophile comme la choline, l'éthanolamine, l'inositol ou la sérine.

Exemple de phospholipide et son rôle

Le PIP₂ est un exemple de phospholipide et joue un rôle crucial dans la transduction du signal.

Composé hydrophile associé aux phospholipides

Le groupe phosphate des phospholipides est relié à des composés hydrophiles tels que :

• Choline : aide à la structure et à la fonction des membranes.

• Éthanolamine : joue un rôle dans la signalisation cellulaire.

• Inositol : souvent impliqué dans la transduction du signal.

• Sérine : acide aminé présent dans certaines membranes.

Fonctions du glycocalix :

• protection de la cellule

• Adhésion entre les ç voisines et / ou entre ç et matriçce extraç

• Spécificifité cellulaire : marqueur de certaines cellules ( orientation des épitopes vers l exterieur ) .

• Reconnaissance entre les cellules pour l organisation des tisus .

• Inhibition de contact : contorle la division ç ( lorsque les boites de culture sont pleins ) => confluence cellualaire : pas de prolifération .

Structure de Base des Membranes

Les phospholipides forment la double couche lipidique des membranes cellulaires.

Proportions des Lipides

• La proportion de lipides dans les membranes varie selon le type de cellule, allant de 15 % à 75 %. Par exemple, les oligodendrocytes ( ç nerveux ) contiennent environ 80 % de lipides, et les érythrocytes ( GR ) environ 43 %.

Types de Lipides

• Les principaux types de lipides dans les membranes comprennent les phospholipides (plus de 50 %), le cholestérol (25 à 30 %), et les glycolipides (environ 10 %).

Variabilité au Sein des Cellules

La composition lipidique varie selon les organites de la cellule, par exemple, le noyau (35 % de lipides), le réticulum endoplasmique (33 %), et la mitochondrie (24 %).

Répartition du Cholestérol

Le cholestérol est réparti de manière égale entre les deux couches de phospholipides de la membrane, contribuant à la stabilité et à la fluidité de la membrane.

Il n'y a pas de cholestérol dans la membrane des organites .

• Protéines de Membrane

Présentes à faible concentration, sont dispersées aléatoirement dans la membrane, mais sont responsables des grandes fonctions des mb .

Protéines Périphériques (ou Extrinsèques)

Situées à la surface de la membrane, liées aux  aux extrémités hydrophiles des phospholipides ou protéines transmembranaires par des liaisons simples ((hydrogènes) . Exemples : Annexine, cadhérines.

Protéines Transmembranaires (ou Intégrées) :

 s’enfoncent dans les phospholipides de la mb , avec des régions hydrophobes et hydrophiles , ,Rôle dans le transport, la réception de signaux, et la communication.

Protéines Ancrées

Liées de manière covalente aux phospholipides et ancrées dans la membrane. Exemple : Protéine G.

• Importance des Protéines de Membrane :

Responsables du transport, de la signalisation, de l'adhérence, et de la reconnaissance cellulaire.

Répartition des composants de la membrane plasmique

cholestrol et fluidite :

• À basse température, le cholestérol augmente la fluidité en empêchant les lipides de se regrouper et de se solidifier.

• À haute température, il réduit la fluidité en stabilisant les phospholipides et en limitant leur mouvement

Qu'est-ce que le revêtement cellulaire ou glycocalix?

Le glycocalix est une structure importante à la surface des cellules, constituée d'hydrates de carbone résultant de l'association de glycolipides et de glycoprotéines.

Où se trouve le glycocalix dans la cellule?

Le glycocalix est présent au niveau du feuillet externe de la membrane cellulaire, représentant environ 1/10 de la membrane.

Comment le glycocalix facilite-t-il la reconnaissance cellulaire?

Le glycocalix est crucial pour la reconnaissance entre les cellules, facilitant les interactions cellulaires et la communication intercellulaire.

Quelle est l'importance du glycocalix dans l'adhésion cellulaire?

Le glycocalix aide à l'adhésion des cellules entre elles et à leur fixation sur des surfaces, essentiel pour la formation de tissus.

Comment le glycocalix participe-t-il à la communication cellulaire?

Le glycocalix participe à la réception et à la transmission de signaux, fondamental pour la réponse cellulaire aux stimuli externes.

Qu'est-ce que la fluidité membranaire?

La fluidité membranaire est essentielle pour le fonctionnement des membranes cellulaires et est influencée par la composition lipidique de la membrane.

La fluidité membranaire est due aux mouvements fréquents et rapides des lipides.

Quels sont les mouvements fréquents et rapides des lipides dans la membrane?

Les lipides peuvent se déplacer latéralement et effectuer des mouvements rotatifs, contribuant à la fluidité de la membrane.

, la membrane plasmique comporte environ 50 lipides pour une protéine.

Qu'est-ce que le flip-flop des lipides?

Le flip-flop est un mouvement lent et rare où un lipide passe d'un feuillet de la bicouche à l'autre, nécessitant une énergie supplémentaire. ( Déplacement d'un phospholipide d'une hémimembrane à l'autre, stimulé par une enzyme appelée "flipase". )

Comment les protéines intégrées se déplacent-elles dans la membrane?

Les protéines intégrées se déplacent principalement par diffusion latérale, influencées par des interactions avec d'autres protéines et structures cytosquelettiques.

Les protéines diminuent la fluidité des membranes en raison de leur grande taille et quantité.

Pourquoi la fluidité membranaire est-elle cruciale pour l'absorption et la sécrétion?

La fluidité permet aux membranes de se déformer et de fusionner, facilitant l'absorption de nutriments et la sécrétion de substances

Comment la fluidité membranaire protège-t-elle la cellule?

Une membrane fluide peut mieux s'adapter aux changements de pression ou de volume, protégeant ainsi la cellule

Quel est le rôle de la fluidité membranaire dans l'adhérence et la communication cellulaire?

La fluidité permet aux cellules de se déplacer et de communiquer entre elles, essentiel pour la formation de tissus et la réponse immunitaire.

Comment la fluidité membranaire influence-t-elle l'interaction avec la matrice extracellulaire?

La fluidité permet aux cellules d'interagir avec leur environnement, important pour la signalisation et la migration cellulaire.

Quel est l'effet des acides gras insaturés sur la fluidité membranaire?

La fluidité membranaire augmente proportionnellement avec le pourcentage d'acides gras insaturés.

– Les acides gras insaturés augmentent la fl uidité et les acides gras saturés rigidifi ent la membrane plasmique.– Plus la chaîne carbonée de ces acides gras est longue, plus la membrane est rigide.

Comment le cholestérol influence-t-il la fluidité membranaire?

Le cholestérol stabilise la membrane, mais à des concentrations élevées, il peut réduire la fluidité en s'insérant entre les phospholipides.

Quels phénomènes influencent également la fluidité membranaire?

Absorption, excrétion, protection, adhésion, communication, interaction avec la matrice, et transduction du signal.

Quel est le rôle du cholestérol dans la fluidité membranaire?

Le cholestérol stabilise la membrane, la rigidifie et diminue sa fluidité.

Le cholestérol évite également la lyse des cellules et des membranes en cas de température très élevée ou très basse, provoquant un mouvement et une fluidité désordonnés.

Il n’y a pas de cholestérol dans la membrane plasmique des procaryotes, par contre il est présent dans celle des eucaryotes .

Le cholestérol régule la fl uidité membranaire : il rigidifi e la membrane à haute température et la fl uidifi e à basse température.

Mouvements Fréquents et Rapides

Les lipides dans la bicouche lipidique peuvent se déplacer de manière latérale (c'est-à-dire d'un côté à l'autre dans le même feuillet) et effectuer des mouvements rotatifs (où les lipides tournent sur eux-mêmes). Ces mouvements sont rapides et permettent aux lipides de se réorganiser constamment, ce qui contribue à la fluidité de la membrane.

Mouvements Lents et Rares (Flip-Flop)

Le flip-flop est un mouvement où un lipide passe d'un feuillet de la bicouche à l'autre. Ce mouvement est beaucoup plus lent et rare en raison de la nécessité de traverser la région hydrophobe de la membrane, ce qui nécessite une énergie supplémentaire.

il es observé dans les ç tumorales

Qu'est-ce que l'asymétrie membranaire?

L'asymétrie membranaire est établie dès la synthèse de la membrane dans le réticulum endoplasmique (RE) lisse et résulte de la fluidité membranaire.

Pourquoi la composition lipidique des couches membranaires est-elle différente?

• La grande composition lipidique des couches membranaires est différente en raison de la fluidité membranaire.

Où sont localisés les glycolipides et les glycoprotéines?

Les glycolipides et les glycoprotéines sont toujours localisés sur le feuillet externe de la membrane plasmique ou dirigés vers la lumière des organites.

Qu'est-ce que le renouvellement des membranes cellulaires?

Les membranes cellulaires sont en constante évolution et modification, avec des composants régulièrement remplacés ou renouvelés.

Quel est le taux de renouvellement des molécules de la membrane?

La moitié des molécules de la membrane se renouvellent tous les 2 à 15 jours.

Où sont synthétisés les lipides et les protéines des membranes?

Dans des organites spécifiques du système endomembranaire, comme le noyau, le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, et les lysosomes.

Comment les lipides et les protéines sont-ils transportés vers la membrane plasmique?

Par des vésicules qui se détachent de l'appareil de Golgi et fusionnent avec la membrane plasmique.

Pourquoi le renouvellement des membranes est-il important?

Il est crucial pour maintenir la fonctionnalité, la fluidité et l'intégrité des membranes cellulaires.

les prot trans-memb quant elle ne remplissent plus leur rôle de reception :

elle sont alors detruites et laissent place aux nouvelles .

le Transport mb :

les mb assurent les échanges , transmettent les informations et permettent la communication interç .

L’ensemble de ces caractéristiques est réalisé grâce au phénoméne de transport mb .

le trnasport mb se fait a travers :

la bicouche lipidique , il ya passage de diff molcules et medicaments

les mecanismes de transport mb :

• mecanisme de permiabilite

• mecanisme vesiculaire ( deformation de la membrane ) .

type de permiabilite mb :

active et passive

permibailite passive :

• passage des petits mol nonn ionises selon le gradient de concentration ( du milieu le plus concentré vers le moins concentré ) et sans consomation d’EN .

• pour les mol ionisés , ce passage passive se fait selon le gradient électrochimique ( gradient de concentration et de charges ) .

Diffusion simple :

• le passages des petit mol à travers les bicouches phospholipidiques selon le gradient de concentration avec une vitesse de diffusion proportionnelle au gradient de concentration et l’hydrophobicité ( solubilité ) de chaque molc et inversement prportionnelle à sa taille : O₂ , CO₂ , alcool , N₂ .

quelle est le mode de diffusion du molc H₂O ?

il peut avoir une diffusion simple à travers mais ce transport va être bcp plus lent , c’est pour cela qu’il est préférable qu’elle passent à travers des transporteurs ( aquaporine = perméase ) dans certaines regions ç .

Diffusion facilitée :

le transport des molc de taille importante ou ionisées selon le gradient électrochimique , ce dernier est saturable et nécessite 2 sortes des prot de transport .

Quelles sont les 2 types de transporteurs :

prot-porteuses ( perméases ) et prot-tunnels ou conductrices ( les canaux ioniques )

Prot-porteuses ( perméases ) :

se sont des prot transmembranaires qui présentent 2 conformations :

• une conformation ouverte d’un seule côté de la mb ( le cote de la forte concentration de la mol à transporter )

• et une autre fermée .

ces perméases présentent une affinité avec les molc à transporter , c.a.d elles vont se fixer sur elle pour former un complexe du côté de la conformation ouverte puis la perméase va changer de la conformation pour libérer la molc dans l autre milieu , le moins concentré .

ce transport est spécifique , régulable , saturable ( transport uniport ) , et fonctionne dans les 2 sens .

ex : GLUT

Prot-tunnels ou conductives ( les canaux ioniques ) :

• se sont des prot-transmembranaires qui permettent une diffusion rapide et sans consomation d’EN , c.a.d le transport des mol se fait sans présence d’affinité avec le canal mais suivant seulement le gradient électrochimique .

• ce transport est spécifique d’un seul type d’ion et se fait dans un seul sens .

les types de canaux :

• les canaux ioniques à ouverture permanente qui se ferment une fois l’équilibre ionique est atteint .

• les canaux ioniques à ouverture réglée par un ligand qui s’ouverent suite à la fixtation d’un ligand sur le site récepteur du canal .

Aquaporines ( canaux à eau ) :

se sont des canaux composés d’un ensemble de prot qui travaillent en réseau , il est spécifique à la mol d’eau pour lui assurer une traversée rapide contrairement à son passage à travers la bicouche qui est trés lent .

ces canaux assurent l’équilibre hydrique .

mutation d aquaporine =>

surtout au niveau de l’épithelium rénal peut conduire à un diabéte de type II ( excrétion importante des urines ).

Le ping-pong =

perméase qui fonctionne ds les 2 sens ex ds les ç du foie : après un repas le glucose entre ds la ç et en période de jeun c’est l’inverse.

• Q: Pourquoi le passage à travers les canaux est-il spécifique et sélectif ?

Parce qu'il y a interaction entre l'ion transporté et les acides aminés qui bordent le canal.

Qu'entraîne la perméabilité aux différents ions ?

Elle entraîne une répartition inégale des charges électriques de part et d'autre des membranes plasmiques, créant ainsi un potentiel membranaire.

les canalophaties :

c’est l ensemble des maladies en rapport avec un dysfonctionnement des canaux ioniques membranaires .

ces maladies résultent des mutations du gène codant pour la protéine , entrainant des manifestations cliniques spécifiques

exemple :

• canolopathie musculaire ( dysfonct du canal sodique , potassique ) .

• “ “ cardiaque : ( dysfonct du canal sodique , potassique et/ou calcique )

• “ “ cerebrale ( dysfonct calcique , potassique , chloridrique ) .

perméabilité active :

C’est le passage de substances contre un gradient de concentration ou un gradient électrique, créant ainsi un déséquilibre entre les deux milieux. Ce transport est couplé étroitement à la consommation  de l’énergie (Hydrolyse d’ATP) = Pompes ATPase

Pompes ATPase :

Na/K ATPase  

Prot- transmb enzymatique assure l’expulsion de 3 Na+ contre l’entrée de 2 K+ Échange  Na/K se fait contre leurs gradients de concentration.  

pour Maintenir une concentration cytosolique faible en Na+et forte en K+

Les gradients de concentrations de Na+ et K+ maintenus par la pompe sont responsables du potentiel de la mb, du volume ç et du transport actif des a a

ou se trouve ce type de pompes le plus ?

• ç nerveuses

• ç musculaires

• ç cardiaque

pompes K⁺ / Na⁺ fonctionnent mal :

hypokaliémie ( sévére si < 2 mol / L )

L'hypokaliémie

une condition médicale caractérisée par un faible niveau de potassium dans le sang.

Un dysfonctionnement de cette pompe Na / k peut entraîner une accumulation de sodium intracellulaire et une diminution des niveaux de potassium, contribuant ainsi à l'hypokaliémie. Cela peut provoquer des symptômes tels que des crampes musculaires et des palpitations cardiaques, en perturbant l'équilibre électrolytique et la fonction cellulaire.

potentiel d’action :

se compose de 4 phase :

1. depolarisation

2. repolarisation

3. hyperpolarization

4. retour au potentiel de repos ( - 70 mv )

Qu'est-ce que la Na⁺/K⁺ ATPase ?

C'est une enzyme qui régule le transport actif des ions Na⁺ et K⁺ à travers la membrane cellulaire.

Quel est le rôle de la Na⁺/K⁺ ATPase dans la polarisation de la cellule ?

Elle fait sortir 3 ions Na⁺ et fait entrer 2 ions K⁺, maintenant ainsi le potentiel de repos de la cellule.

Qu'est-ce que le potentiel de repos et quelle est sa valeur ?

C'est une différence de charges de part et d'autre de la membrane, avec une valeur d'environ -70 mV.

Quel ion est principalement responsable du maintien du potentiel de repos ?

L'ion K⁺.

Que se passe-t-il lors de la dépolarisation de la cellule ?

Un canal ionique s'ouvre, permettant aux ions de changer la charge à l'intérieur de la cellule.

Qu'est-ce que la repolarisation ?

C'est le processus par lequel la cellule retrouve son état polarisé après une excitation.

Pourquoi la membrane est-elle plus perméable aux ions K⁺ qu'aux ions Na⁺ ?

Cela contribue à maintenir le potentiel de repos en favorisant la sortie des ions K⁺.

Quelle est la charge de la face interne et externe de la membrane au repos ?

La face interne est négative et la face externe est positive.

Quel est le mécanisme d'action de la Na⁺/K⁺ ATPase ?

Elle utilise l'énergie de l'ATP pour transporter activement les ions Na⁺ et K⁺ contre leurs gradients de concentration.

Combien d'ions Na⁺ et K⁺ sont échangés par cycle de la Na⁺/K⁺ ATPase ?

3 ions Na⁺ sont expulsés et 2 ions K⁺ sont importés.

Quel effet a l'ouverture d'un canal ionique sur le potentiel membranaire ?

Elle provoque une dépolarisation, changeant la charge à l'intérieur de la cellule.

Qu'est-ce qui déclenche la dépolarisation de la cellule ?

Une stimulation adéquate qui ouvre les canaux ioniques.

Quel est l'impact de la Na⁺/K⁺ ATPase sur la concentration ionique à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule ?

Elle crée une concentration plus élevée de K⁺ à l'intérieur et une concentration plus élevée de Na⁺ à l'extérieur.

Pourquoi la repolarisation est-elle importante après une contraction d'excitation ?

Elle permet à la cellule de revenir à son état de repos, prête pour une nouvelle stimulation.

Quel rôle joue la perméabilité membranaire dans le potentiel de repos

La membrane étant plus perméable aux ions K⁺, cela favorise leur sortie, maintenant ainsi le potentiel négatif à l'intérieur.

Que se passe-t-il si la Na⁺/K⁺ ATPase ne fonctionne pas correctement ?

Cela peut entraîner des déséquilibres ioniques, affectant la polarisation et la fonction cellulaire.

Quel est le lien entre la Na⁺/K⁺ ATPase et l'excitabilité cellulaire ?

La Na⁺/K⁺ ATPase est essentielle pour maintenir le potentiel de repos, ce qui est crucial pour la dépolarisation et l'excitabilité des cellules.

Comment la Na⁺/K⁺ ATPase contribue-t-elle à l'homéostasie cellulaire ?

En régulant les concentrations d'ions Na⁺ et K⁺, elle aide à maintenir un environnement cellulaire stable.

milieu extraç est riche en :

sodium ( Na⁺ )  = 144 mM

milieu intraç ext riche en :

potassium (K+)   = 160mM