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Section CYTOLOGIE (membranes) Automne 2009 Professeur: Marc Pouliot

Biologie Cellulaire (BIO-1900). Section CYTOLOGIE (membranes) Automne 2009 Professeur: Marc Pouliot. Biologie Cellulaire. 1. Les membranes 2. La surface cellulaire 3. Les mitochondries 4. Le réticulum endoplasmique 5. L’appareil de Golgi-exocytose 6. Les lysosomes-endocytose.

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Section CYTOLOGIE (membranes) Automne 2009 Professeur: Marc Pouliot

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  1. Biologie Cellulaire (BIO-1900) Section CYTOLOGIE (membranes) Automne 2009 Professeur: Marc Pouliot

  2. Biologie Cellulaire 1. Les membranes 2. La surface cellulaire 3. Les mitochondries 4. Le réticulum endoplasmique 5. L’appareil de Golgi-exocytose 6. Les lysosomes-endocytose

  3. Marc Pouliot • Centre de recherche en • Rhumatologie et • Immunologie du CHUL • Bureau T1-49 • tel: 525-4444 poste 46105 • Courriel: Marc.Pouliot@crchul.ulaval.ca Powerpoints:http://www.marcpouliot.crchul.ulaval.ca/enseignement/index.html

  4. Volumes recommandés: -GANONG, Review of Medical Physiology, Lange, 20th ed, 2001. -GANONG, Traduction française disponible (2002) de la 19ième édition. -GUYTON, Textbook of Medical Physiology, W.B. Saunders, 10th edition, 2000. -GUYTON, Traduction française disponible de la 8e éd. -LODISH, BERK, MATSUDAIRA, KAISER, KRIEGER, SCOTT, ZIPURSKY, DARNELL, Molecular Cell Biology, H.H. Freeman and Company, 5th edition, 2003. http://www.whfreeman.com/lodish/ (La 3e éd. (1995) est disponible en français)

  5. Autres volumes de référence: -ALBERTS, JOHNSON, LEWIS, RAFF, ROBERTS, WALTER, Molecular Biology of the Cell, Garland Science, 4e éd, 2002. -KARP, Cell and molecular biology. Concepts and experiments. John Wiley & Sons, Inc., New York, 3e éd. Update 2003 -LEWIN, Genes VIII. Pearson Prentice Hall. Upper Saddle River, 2004 -WATSON, BAKER, BELL, GANN, LEVINE, LOSICK, Molecular Biology of the Gene. Pearson Benjamin Cummings-Cold Spring Harbor Laboratory Press, San Francisco, 5e éd., 2004

  6. Objectifs généraux du cours: 1. Décrire la composition, la structure de chaque organite. 2. Mettre en évidence les relations entre la composition, la structure et les fonctions de ces organites. 3. Analyser les relations métaboliques entre les organites. 4. Montrer comment la connaissance de la structure, composition et fonctionnement de la cellule peut aider la recherche contre les pathologies.

  7. Objectifs particuliers: Chapitre 1 Les membranes 1. Décrire la composition et la structure des membranes de eucaryotes, en particulier celle de la membrane plasmique. 2. Préciser les principales fonctions physiologiques de la membrane plasmique. 3. Décrire le mode d’isolation de la membrane plasmique. 4. Décrire la structure moléculaire des principaux composants de la membrane plasmique (phospholipides, cholestérol, protéines) et leurs propriétés de solubilité dans l’eau. 5. Décrire l’agencement des composants dans le modèle de la mosaïque fluide, la nature des interactions et leur rôle dans la fluidité des membranes.

  8. Objectifs particuliers (suite): 6. Saisir la notion d’asymétrie des membranes et de décrire la composition des surfaces externes et internes de la membrane 7. Décrire la structure générale d’un récepteur hormonal particulièrement bien caractérisé, le récepteur b2-adrénergique; d’expliquer comment ce récepteur (comme bien d’autres) est solidement lié à la bicouche lipidique; d’expliquer comment les agonistes et antagonistes agissent sur ce récepteur. 8. De décrire le métabolisme de l’acide arachidonique et son importance dans l’inflammation

  9. Procaryotes

  10. Eucaryotes

  11. Fonctions de la membrane plasmique •La compartimentation (séparation de l’extérieur et l’intérieur de la cellule). •Les échanges d’information avec d’autres cellules (récepteurs hormonaux, jonctions gap). •La régulation du transport des ions, protéines, sucres graisses, etc.. •Les mouvements cellulaires (pseudopodes, endocytose-exocytose). •Les phénomèmes de reconnaissance (antigène de surface) •La régulation du métabolisme (transduction intracellulaire des signaux extracellulaires) •Procure un site pour les réactions chimiques ne pouvant pas se produire dans un environnement aqueux

  12. Composition des membranes • Lipides (phospholipides et cholestérol) (~43%) Forment le squelette des membranes Pas de cholestérol chez les procaryotes • Protéines (récepteurs, transporteurs, enzymes) (~49%) Attachés plus ou moins fortement aux phospholipides (liaisons ioniques, hydrophobes, ponts hydrogène etc.) • Glucides (glycoprotéines ou glycophospholipides) (~8%)

  13. Cholestérol Glycoprotéine Phospholipides Glycophospho- lipide Protéines intégrées ou intrinsèques Protéineextrinsèque

  14. Dû à leur nature amphipathique, les phospholipides s’assemblent spontanément pour former des bicouches fermées

  15. Structure de la bicouche lipidique

  16. Glycérol Acides gras Tête polaire Structure des phospholipides

  17. Structure des phospholipides

  18. Structure des triglycérides

  19. CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3 CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3 CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3 Structure des triglycérides(ou triacylglycérols) et des phospholipides Glycérol Acides gras Les triglycérides sont insolubles dans l’eau - H2O Les phospholipides sont solubles dans l’eau CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3 CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3 O Groupes polairesou chargés = • - CHOLINE • ETHANOLAMINE • INOSITOL • - SERINE CH2 OH HO - P - O - O

  20. Structure des phospholipides

  21. + CH N (CH) 2 3 CH 2 O O P O O CH CH CH 2 2 O O C O C O CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 CH CH 2 CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 2 CH CH 2 3 CH 2 CH 3 La phosphatidyl choline COOH COOH COOH Chaînenon saturée Chaîne saturée TRANS CIS 111º 123º 123º La chaîne continuedu même côtépar rapport à la double liaison Acide palmitique (16 C) Double liaison cis Acide oléique (18 C)

  22. La phosphatidyl choline en 3D

  23. OH Polaire CH 3 Apolaire CH CH 3 3 CH CH 2 CH 2 CH 2 CH CH CH 3 3 Liaisons hydrophobes Le cholestérol stabilise les membranes

  24. Le cholestérol peut être synthétisé à partir de l’acétyl-CoA ou de l’acide mévalonique

  25. Les protéines sont faites d’acides aminés reliés entre eux pardes liaisons peptidiques CO-NH. Leur solubilité dépend de leur composition en acides aminés

  26. Acides aminés hydrophiles

  27. Acides aminés hydrophobes et “spéciaux” Figure 3-2

  28. Les liens peptidiques relient les acides aminés en une chaîne linéaire Figure 3-3

  29. NH3+- CH-COOH HNH - CH - CO - NH - CH - CO - NH - CH - CO ---- NH - CH - COO- l l l l l R R R R R Charge - Charge + Possibilité de groupes chargés ou polaires • AA Acides (hydrophiles) Asp-Glu (-COOH) • AA Basiques (hydrophiles) Lys-Arg (NH2)- Hist (-NH) • AA Nonchargés mais polaires (hydrophiles) Asn-Gln (amides)-Ser-Thr-Tyr (-OH) • AA Non polaires (hydrophobes) Gly-Val-Leu-Ileu-Pro-Phe-Met-Try-Cys

  30. Les deux côtés d’une membrane sont asymétriques en termes de leur composition en lipides et en protéines

  31. Mosaïque et fluidité

  32. Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)

  33. La méthode de fracture par congélation

  34. a1 a2 b a1a, a1b, a1d a2a, a2b, a2c b1, b2, b3 Gq/11 Gi Gs Stimule l’adenylate cyclase Inhibe l’adenylate cyclase Augmente [Ca2+]i Récepteurs Adrénergiques

  35. Le récepteur B1 adrénergique humain CHO H2N — M G A G V L V L G A S E P G N L S S A A E S A P P L L S A P P S A P V L L R A A T A A G D P L P S Y N P I D R E P R P K Extracellular side A L C S E C D Q D Y E G S Q W F S E W R V F L E V A T G T F P R A K N H D C W E W G M G V V I L W W H R A Y F A K R L F T S D L L M A T A G F V M L I P A I A S V V N A V F F F V L C L I V P V V L F S S V V L F F W L G Membrane V T A S L L I V L L G M V L A S S F Y V P L W C Y A N S I E T A G N V L D I A W P I C L T I A F N L C V I V L V I A S A L V T C V I M A F V G M I P I I Y A D V A I S M I L L G R V Y L I G L C R S F R T P R A A K D L R V K V F L R K A N F A F A T L R K Q T Q R E P E A L G A R R T T Q L Q K I L L Q L V T A L K L Cytoplasmic side S V C K S G L F R R E C S D I P G Q L C F V R P R A A R P P S P S P S P V P S R A P R A A P R P P G P P P A P En rouge, le acides aminés communs au récepteurB2-adrénergique humain R A A R G R G A A T A P L A N A K A R R R P P G P R A L C G S A R P R D G H T A H P S P G V L L A A S D D D D D D V G A T P P A R E P R C P E D L S S D S D A A A G G N C G A W P G — COOH S F A S E K V

  36. Sites de glycosylation Liaison S-S(e2- e3) La noradrénaline, l’adrénaline,les agonistes et/ou les antagonistes se lient dans une cavité formée par tm3-tm6 Couplage avec Gs [i3(tm5-tm6)-i4] Désensibilisation si phosphorylationde certains AA (seulement B1 et B2) Le récepteur B2-adrénergique humain est une glycoprotéine formée de 7 domaines transmembranaires (tm1-tm7) e1 e4 e3 Noradr. Noradr. tm4 tm3 tm2 tm1 i1 i2 i4

  37. NH2 VI VII V HO S HO I OH S +NH2 IV II III S S COOH Le site de liaison pour l’adrénaline (et la noradrénaline) dans le récepteurb2-adrénergique se trouve dans la membrane, dans une cavitéformée par les régions transmembranaires III, IV, V and VI.

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