BIO. CELL. 2

Qu’est-ce que la matrice extracellulaire (MEC)?

La matrice extracellulaire est l’ensemble des molécules extracellulaires sécrétées par les cellules.

Elle fournit un support structurel et biochimique aux cellules environnantes.

La MEC est-elle identique dans toutes les cellules?

Non. Toutes les cellules possèdent une MEC, mais celle-ci diffère selon le type cellulaire.

Le cours mentionne :

• les bactéries;

• les cellules végétales;

• les cellules animales;

• les Archaea.

Que sait-on de la MEC des Archaea?

Les Archaea possèdent également une MEC, mais elle est peu connue et peu étudiée.

Chaque organisme de ce groupe possède une MEC individuelle.

Quels sont les trois grands constituants de la MEC des cellules animales?

La MEC animale est composée de :

1. liquide;

2. gel;

3. fibres.

Leurs proportions varient énormément d’un tissu à l’autre.

La MEC animale correspond-elle à une paroi?

Non.

La diapo précise explicitement que la MEC animale n’est pas composée d’une paroi.

Cette distinction deviendra importante lorsqu’on la compare aux bactéries.

Dans quel type de tissu la MEC est-elle particulièrement volumineuse?

Dans le tissu conjonctif, par exemple :

• cartilage;

• os;

• sang;

• tissus de soutien.

Pourquoi la composition de la MEC varie-t-elle entre les tissus?

Parce que sa composition et son organisation s’adaptent aux besoins fonctionnels du tissu.

Un tissu qui doit résister à la compression, par exemple, n’a pas nécessairement les mêmes besoins qu’un tissu qui doit être très élastique.

Qu’est-ce que la composante liquide de la MEC?

Le liquide interstitiel (lymphe), un dialysat du plasma.

De quoi est principalement constitué le gel de la MEC?

De glycosaminoglycanes (GAG).

De quoi sont principalement constituées les fibres de la MEC?

De différents types :

• de collagènes;

• de fibres élastiques.

À quoi correspond la MEC chez les bactéries?

Chez les bactéries présentées ici :

MEC = paroi composée de peptidoglycane.

Le peptidoglycane est indiqué comme étant unique aux bactéries.

Quelles sont les propriétés physiques de cette paroi composée de peptidoglycane?

Elle est :

• solide;

• ferme;

• flexible;

• poreuse.

Pourquoi est-il important que la paroi soit poreuse composée de peptidoglycane?

Parce qu’elle ne doit pas empêcher le trafic des molécules à travers la membrane plasmique.

Elle protège donc la bactérie sans constituer une barrière complètement imperméable.

Quelle est la structure générale du peptidoglycane?

Il forme une sorte de grille constituée :

• de longues chaînes de disaccharides aminés;

• de tétrapeptides.

Les tétrapeptides relient les chaînes entre elles.

Quels sont les deux types de liaison entre les tétrapeptides

Ils peuvent être reliés :

• directement par un lien peptidique;

• par un pont interpeptidique, notamment un pont de pentaglycine.

Quels sucres du peptidoglycane sont identifiés

• N-acétylglucosamine (NAG);

• acide N-acétylmuramique (NAM).

Ils participent aux chaînes de disaccharides du peptidoglycane.

Quelle différence structurale majeure existe entre une bactérie Gram+ et une Gram−?

Gram+ :

• couche de peptidoglycane épaisse;

• présence notamment d'acides lipotéichoïques.

Gram− :

• couche de peptidoglycane mince;

• présence d'une membrane externe;

• espace périplasmique;

• présence notamment de LPS et de porines.

Quelle est la première étape d’une coloration de Gram?

Application du cristal violet, qui colore initialement les bactéries.

Quel est le rôle du Lugol dans la coloration de gram?

Le Lugol, contenant de l'iode, agit comme mordant et permet de fixer/stabiliser la coloration.

Quelle est l’étape déterminante permettant de distinguer Gram+ et Gram−?

La décoloration à l’éthanol.

Pourquoi les Gram+ demeurent-elles violettes après la décoloration?

Leur épaisse couche de peptidoglycane permet de conserver le complexe coloré.

Elles restent donc violettes.

Que se passe-t-il chez les Gram− durant la décoloration?

Comme leur couche de peptidoglycane est beaucoup plus mince, elles sont décolorées à cette étape.

Pourquoi applique-t-on ensuite de la fuchsine?

C'est une coloration secondaire.

Les Gram− décolorées prennent alors cette coloration, alors que les Gram+ demeurent essentiellement violettes.

Quel rôle général joue le gel dans la MEC?

Le gel constitue la substance fondamentale de la MEC et remplit l’espace

Quelle charge portent les GAG?

Ils sont chargés négativement.

Quelle conséquence leur charge négative a-t-elle?

Elle attire notamment les ions Na⁺.

Cette accumulation favorise ensuite l'attraction de l'eau.

Pourquoi les GAG sont-ils fortement hydrophiles?

Ils interagissent fortement avec l'eau et peuvent donc en attirer et en retenir de grandes quantités.

Quelle propriété mécanique résulte de cette attraction d’eau avec les GAG?

La turgescence, c'est-à-dire une pression de gonflement.

Chaîne à retenir :

GAG chargés négativement → Na⁺ → eau → gonflement → turgescence.

Quelle est la structure générale d’un GAG?

Un GAG est une longue chaîne de disaccharides répétitifs.

Quelle particularité possède toujours l’un des deux sucres du disaccharide dans un GAG?

L'un est toujours un glucide aminé, par exemple :

• N-acétylglucosamine;

• N-acétylgalactosamine.

Quel est habituellement le deuxième sucre qui compose les GAG?

Un acide uronique, par exemple :

• acide glucuronique;

• acide iduronique.

Quelle relation existe généralement entre GAG et protéines?

À l'exception de l'acide hyaluronique, les GAG sont liés covalemment à une protéine pour former des protéoglycanes.

Qu’est-ce qu’un protéoglycane?

C'est le produit de l'association covalente de GAG avec une protéine.

Donc :

protéine + GAG liés de façon covalente → protéoglycane.

Quelle exception faut-il absolument retenir dans la famille des protéoglycanes?

L'acide hyaluronique constitue l'exception mise en évidence dans le cours : il n'est pas lié covalemment à une protéine comme les autres GAG.

Qu’est-ce que l’arthrose?

Une maladie affectant les articulations, dans laquelle le cartilage articulaire s'effrite progressivement.

De quoi est constituée la MEC du cartilage?

Elle contient notamment :

• des GAG, dont l'acide hyaluronique;

• des fibres.

Quelles cellules fabriquent et renouvellent cette MEC en lien avec le cartilage?

Les chondrocytes, décrits dans le cours comme des fibroblastes différenciés.

Que se passe-t-il avec les chondrocytes dans l’arthrose?

Ils deviennent dérégulés et se mettent à détruire la matrice plutôt qu'à la fabriquer normalement.

Entre autres, l'acide hyaluronique devient moins abondant.

Pourquoi l’acide hyaluronique est-il important mécaniquement dans le cartilage?

Les GAG, particulièrement l'acide hyaluronique, forment des mailles qui absorbent énormément d'eau.

Quelle conséquence cette énorme absorption d’eau de l’acide hyalurionique produit-elle? Quelle propriété mécanique la turgescence donne-t-elle au cartilage? Pourquoi des injections d’acide hyaluronique peuvent-elles être utilisées dans une articulation atteinte?

Une pression de gonflement, ou turgescence.

Une résistance aux forces de compression.

Selon le cours, elles peuvent :

• améliorer la mobilité;

• soulager la douleur.

Quelle importance quantitative ont les collagènes dans la matrice?

Ce sont les principales protéines de la matrice.

Combien de types de collagène existe-t-il?

Au moins 28 types différents sont mentionnés.

Pourquoi existe-t-il plusieurs types de collagène?

Ils peuvent avoir :

• des rôles différents;

• une expression dans des tissus différents.

Où retrouve-t-on principalement le collagène de type I?

C'est le type le plus abondant.

Il est retrouvé notamment :

• dans le tissu conjonctif de soutien;

• dans les os.

Où retrouve-t-on le collagène de type II?

Dans les cartilages.

Quelle est la hiérarchie structurale du collagène?

chaînes d'acides aminés → chaînes polypeptidiques/triple hélice → molécules de collagène → fibrilles → fibres de collagène.

Comment peut-on décrire globalement la structure du collagène?

C'est une structure :

• longue;

• rigide;

• hélicoïdale;

• composée de 3 brins.

De quoi est constituée la triple hélice du collagène?

De trois polypeptides, chacun possédant une structure secondaire particulière.

Quelle séquence répétitive caractérise les chaînes de collagène?

X−Y−Gly

Pourquoi la glycine est-elle particulièrement adaptée à la triple hélice du collagène?

La figure et tes annotations insistent sur le fait que la glycine est très petite.

Comme les trois chaînes sont extrêmement rapprochées, il y a peu d'espace au centre de la triple hélice.

La glycine peut donc s'insérer dans cet espace restreint.

Qu’est-ce qui stabilise la triple hélice du collagène?

Des ponts hydrogène entre les hélices.

De quel acide aminé modifié cette stabilité de la triple hélice de collagène dépend-elle fortement?

De l'hydroxyproline (proline avec un groupement OH)

Que devient le collagène lorsqu’il est dénaturé par ébullition?

Il donne de la gélatine.

Que signifie ici « dénaturer » le collagène?

La structure organisée en triple hélice est perdue.

Rupture des liens hydrogènes

Quel lien le cours fait-il entre collagène et cuir?

Le cuir correspond à du derme, qui est riche en collagène, traité notamment avec de l'acide tannique (assouplit le cuir + prévient la pourriture)

À quoi le syndrome d’Ehlers-Danlos est associé?

À des mutations :

• dans les gènes codant les collagènes, affectant leur structure ou leur repliement;

• ou dans des gènes participant à la synthèse des GAG.

Quelle différence observe-t-on entre les fibrilles de collagène normales et celles d’un chien atteint du syndrome d’Ehlers-Danlos?

Chez l'animal atteint, les fibrilles sont :

• désorganisées;

• de diamètres variables;

• de formes variables.

Quel principe biologique cette comparaison entre des fibres de collagène mutés et des fibres non muté permet-elle de comprendre?

La structure correcte du collagène est essentielle aux propriétés mécaniques normales des tissus.

Qu’est-ce que l’élastine?

Une protéine hydrophobe, riche notamment en :

• proline;

• glycine.

Elle permet l'élasticité des tissus (permet à une peau étirée de retourner à sa forme normale.)

Dans quels tissus l’élastine est-elle particulièrement importante?

Elle constitue une protéine dominante de la MEC :

• des artères;

• du cœur;

• de la vessie.

Comment une structure d’élastine peut-elle être tendue ou relâchée?

Cela dépend de la conformation des liaisons de pontage entre les molécules d'élastine.

La figure montre que ces molécules interconnectées peuvent changer de conformation sous tension puis revenir vers leur état relâché.

Quelle est la fonction générale de la fibronectine?

La fibronectine agit comme une colle qui permet de relier :

collagène + GAG ↔ cellules via leur membrane plasmique.

Quelle est la structure générale de la fibronectine? Comment les deux sous-unités sont-elles reliées?

C'est un dimère formé de deux chaînes polypeptidiques.

Elles sont reliées à leur extrémité C-terminale. La figure montre leur association par des ponts disulfure.

Les deux chaînes de fibronectine sont-elles nécessairement identiques?

Non. Elles sont similaires mais non identiques, notamment en raison de l'épissage alternatif des ARNm.

Pourquoi la fibronectine possède-t-elle différents domaines?

Ses domaines permettent la liaison à différentes molécules.

La figure indique notamment des régions associées :

• au collagène;

• aux cellules;

• à l'héparine;

• à l'autoassemblage.

Quelle séquence d’acides aminés de la fibronectine est essentielle à la liaison avec les cellules?

Arginine – Glycine – Aspartate.

Cette séqquence est nécessaire et suffisante pour lier les cellules.

Que sont les intégrines?

Des protéines de la membrane plasmique qui lient de façon réversible la séquence RGD de la fibronectine.

Quels sont les trois domaines structuraux d’une intégrine?

• domaine extracellulaire;

• domaine transmembranaire;

• domaine intracellulaire.

Quelle est la fonction d’adhérence des intégrines?

Elles permettent de connecter la cellule aux éléments de la MEC, notamment par leur interaction avec la fibronectine.

Les intégrines servent-elles seulement d’ancrage?

Non.

Elles agissent également comme récepteurs de signaux cellulaires et constituent le point de départ de nombreuses voies de signalisation.

Quelle idée importante montre le schéma « outside-in » par rapport au fonction des intégrines?

Une information provenant de l'environnement extracellulaire peut être transmise à travers l'intégrine vers l'intérieur de la cellule.

Cette signalisation peut influencer notamment les éléments indiqués sur la figure, comme :

• polarité cellulaire;

• survie et prolifération;

• structure du cytosquelette;

• expression génique.

Quelle idée montre la signalisation « inside-out » par rapport au fonction des intégrines?

L'état interne de la cellule peut également modifier l'intégrine et son interaction avec un substrat extracellulaire.

Les intégrines constituent donc une connexion fonctionnelle entre extérieur et intérieur.

Pourquoi comparer la MEC à du béton armé?

Parce que ses constituants possèdent des fonctions mécaniques complémentaires :

fibres → résistance à la tension

eau/gel → résistance à la compression.

Qu’est-ce que la bicouche lipidique?

Une double couche de lipides dont les deux côtés ne sont pas interchangeables.

Pourquoi dit-on que les deux feuillets de la bicouche lipidique ne sont pas interchangeables?

Parce que chaque couche possède sa propre composition lipidique et protéique.

Il existe donc une asymétrie membranaire.

Les membranes des différents organites ont-elles toutes la même composition?

Non.

Les organites sont entourés de membranes dont la composition varie selon l'organite et sa fonction.

Quel type de molécules constitue principalement la membrane?

Des molécules amphiphiles.

Qu’est-ce qu’une molécule amphiphile? Quels exemples de molécules amphiphiles sont donnés?

Une molécule possédant à la fois :

• une partie hydrophile;

• une partie hydrophobe.

• phosphoglycérolipides;

• glycolipides;

• cholestérol.

Comment les molécules amphiphiles s’orientent-elles dans la bicouche?

Les parties hydrophiles sont dirigées vers les milieux aqueux de chaque côté.

Les parties hydrophobes sont regroupées au centre de la bicouche, à l'abri de l'eau.

Quels lipides composent les grandes catégories de lipides?

• triacylglycérol;

• phospholipide;

• sphingolipide;

• cholestérol.

Le triacylglycérol est-il présenté comme un lipide membranaire?

Non.

On le classe comme lipide de stockage.

Les phospholipides, sphingolipides et cholestérol sont présentés comme lipides membranaires.

Quelle différence structurale générale peut-on voir entre triacylglycérol et phospholipide?

Le triacylglycérol possède essentiellement un glycérol associé à trois chaînes hydrophobes.

Le phospholipide possède une tête hydrophile et des queues hydrophobes, ce qui lui donne son caractère amphiphile.

Quels sont les lipides les plus abondants des membranes? Quels sont leurs constituants minimaux? Quelle partie est hydrophile? Quelle partie est hydrophobe?

Les phosphoglycérolipides sont les lipides les plus abondants de tous les types de membranes.

• un ester de glycérol;

• un groupement phosphate;

• deux chaînes d'acides gras.

Le groupement phosphate, dans la région de tête.

Les chaînes d'acides gras.

Quelles propriétés des chaînes d’acides gras peuvent varier?

Elles peuvent être :

• plus ou moins longues;

• plus ou moins saturées.

Quelle différence existe entre acide gras saturé et insaturé?

Saturé : aucune double liaison.

Insaturé : une double liaison.

Comment peut-on produire différents phosphoglycérolipides?

D’autres groupements hydrophiles peuvent se lier au groupement phosphate pour constituer divers phosphoglycérolipides (liaison d’un céramide à un acide phosphorique et à un alcool aminé)

Des modifications liées au glycérol peuvent aussi être observées : souvent une éthanolamine ou une choline

Certains phospholipides peuvent-ils être caractéristiques d’un type cellulaire?

Oui.

La diapo donne l'exemple des phosphosphingomyélolipides, principaux éléments de la gaine de myéline des neurones.

De quoi est constituée la sphingomyéline

Elle résulte d'une liaison phosphodiester entre :

• un céramide;

• une choline.

Qu’est-ce qu’un céramide?

Céramide = sphingosine + acide gras

Quelle différence structurale essentielle existe entre le phospholipide classique illustré et le sphingolipide?

Le phospholipide classique montré utilise un squelette de glycérol avec deux acides gras.

Le sphingolipide utilise une sphingosine, dont une fonction alcool est liée à un acide gras par une liaison amide.

Quelle différence fondamentale existe entre glycolipide et phospholipide?

Dans les glycolipides, des sucres remplacent le groupement phosphate.

Combien de sucres peuvent être présents sur un glycolipide?

Il peut y en avoir plusieurs, et ils peuvent différer sur un même lipide.

À quoi les glycolipides contribuent-ils?

À la formation du glycocalyx.

Comment le sucre peut-il être attaché au lipide?

Un oligosaccharide peut être lié :

• à un glycéroglycolipide via le OH du glycérol;

• à un sphingolipide via le OH d'un céramide.

Qu’est-ce que le glycocalyx? Où retrouve-t-on un glycocalyx? Quelle apparence peut-il avoir?

Un revêtement glucidique situé à la surface externe de la cellule.

Dans :

• toutes les cellules eucaryotes;

• certaines bactéries.

Un revêtement duveteux ou fibreux à la surface externe.

Quels sont les rôles du glycocalyx

• protection de la membrane externe;

• reconnaissance cellulaire, notamment CMH/HLA.

Que font spontanément les molécules amphiphiles dans un environnement aqueux?

Elles s'assemblent spontanément en structures organisées.

La structure obtenue dépend de leur forme intrinsèque.

Quelles deux structures sont représentées?

• micelle

• bicouche lipidique.

Pourquoi cet assemblage des molécules amphiphiles est-il spontané?

La configuration où les parties hydrophobes sont protégées de l'eau est énergétiquement favorable.

Il n'est donc pas nécessaire qu'un signal ordonne individuellement aux lipides de former la membrane.

Pourquoi une bicouche plane exposée à l’eau par ses bords est-elle défavorable?

Ses bords exposeraient les régions hydrophobes à l'eau.

La figure qualifie cette situation d'énergétiquement défavorable.