Professeur Jean-Luc Olivier > Faculté de Médecine Jean-Luc.Olivier@medecine.uhp-nancy.fr

1. Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Professeur Jean-Luc Olivier>Faculté de Médecine Jean-Luc.Olivier@medecine.uhp-nancy.fr

2. Nécessité de transporteurs transmembranaires pour les molécules hydrophiles - Mode de transport: transports facilités ou actifs - Structure des transporteurs: canaux, pores ou autres structures Système d’importation et d’exportation de matériel biologique vers/à partir de la cellule et dans la cellule (noyau vers cytosol) Rôle biologique +++++ Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire Interface hydrophile / Hydrophobe (1/2) Interface hydrophile / Hydrophobe Maintien des différences de composition - entre cytosol et milieu extra- cellulaire (membrane plasmique) - entre cytosol et organelles

3. Médiateurs Protéines de signalisation Effet dansla cellule Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire Interface hydrophile / Hydrophobe (2/2) Transmission de signauxcommunication entre les cellules, à l’intérieur de l’organisme Ligand de l’extérieur à l’intérieur des cellules - Adaptation du comportement cellulaire - Connexion des récepteurs membranaires (protéines) à des voies de signalisation intracellulaire (enzymes, kinases) Récepteur Membrane

4. Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire Transmission de signaux à traversla membrane plasmique Membrane Membranes = source de médiateurs d’origine lipidiques pour générer les signaux intracellulaires Médiateurs Protéines de signalisation Effet dansla cellule • Les membranes comportent des domaines spécialisés: • groupement de différents récepteurs et de protéines de signalisation- connexions avec le cytosquelette • Conclusion: • Les membranes plasmiques et intracellulaires jouent rôle fondamentaldans la vie (et la mort) cellulaire

5. Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire Les constituants membranaires Structure générale commune malgré des fonctions différentes Exemple de la membrane plasmique 1) protéines: différents modes d’association aux membranes - protéines transmembranaire - protéines périphériques Leur nature dépend du type cellulaire la cellule et des compar- timents membranaires Leur proportion (/ lipides) dépend aussi du type de la cellule 2) lipides Leur proportion dépend du type cellulaire et membranaire~50% de la masse Plusieurs types de lipides

6. Glycérophospholipides - Glycérol - 2 acides gras - tête polaire phosphate + X Sphingomyélines - Sphingosine - 1 acide gras - tête polaire phosphate + choline Amino-Alcool Tri-Alcool - Sphingosine - 1 acide gras - tête glucidique Pas de phosphate 2- Les glycolipides Les membranes cellulaires : une structureessentielle à la vie cellulaire Les constituants membranaires: les lipides 1- Les phospholipides Fonctions Alcool 3- Cholestérol : molécules polycycliques  30% des lipides membranaires indispensable

7. Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Les lipides membranaires La composition des membranes en lipides différent suivant l'espèce, le type de membranes, le type cellulaire etc.... membrane plasmique membrane mitochondriale PC 19 39 PE 18 27 PI 1 7 PS 8 8.5 Sph 17 0 glycolipides 10 0 cholestérol 27 + - phosphatidylcholines, - sphingomyélines, - phosphatidyléthanolamines, - phosphatidylsérines, -phosphatidylinositols Abon- dance -

8. Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Diversité des acides gras dans les glycérophospholipides Acide palmitique Acide stéarique Acide oléique Acide linoléique Acide arachidonique Acide linolénique Acide eicosapentaénoïque Acide docosahexaénoïque

9. flip- flop lent, flipase % Phospholipides totaux 50 Feuillet externe 40 Sphingo- myéline 30 phosphatidyl éthanolamine (PE) 20 phosphatidyl inositol (PI) 10 0 10 lécithine (PC) phosphatidyl sérine (PS) 20 30 Feuillet interne 40 50 Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Les lipides des membranes cellulaires :maintien d'une asymétrie

10. Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Interactions cholestérol-glycérophospholipides grande quantité dans la membrane plasmique : 30% des lipides tête polaire Choline partie hydrophile interface HO glycérol structure cyclique rigide partie hydrophobe "in vitro" dans les liposomes - Rigidifie les bicouches de phospholipides en phase fluide (acides gras saturés et insaturés, têtes polaires PE et PC) - Fluidifie DPPC (acide gras palmitique, tête PC)

11. HO HO Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Fluidité membranaire, cholestérol,acides gras polyinsaturés choline P glycérol Le cholestérol limite « l’amplitude de mouvement »de la chaîne acylée (interactions hydrophobes)

12. Choline partie hydrophile interface HO structure cyclique rigide partie hydrophobe sphingomyéline Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Interactions cholestérol-sphingomyélines Interactions avec les phospholipides : interactions hydrophobes Le cholestérol présente une affinité pour les sphingomyélinesen raison de la présence d’un acide gras saturé et de la partiehydrophobe de la sphingosine

13. HO- HO- HO- Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (1/5) Les protéines transmembranaires (intrinséques) domaines riches en acides aminés apolaires formation d'hélices a NH3+ ou COO- -OOC ou +3HN

14. H2 H1 H4 H6 - 7 hélices a de 22-24 résidus hydrophobes - Structure ancestrale (bactériorhodopsine) Extracellulaire NH3+ E3 E2 E4 E1 membrane H3 H5 H7 C5 C1 C2 COO- Cytosol C4 Protéines G Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (2/5) Les protéines transmembranaires (intrinséques) domaines riches en acides aminés apolaires formation d'hélices a Exemple des récepteurs à 7 segments transmembranaires « récepteurs couplés aux protéines G »

15. Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (3/5) Les protéines extrinséques:associations non covalentes aux protéines intrinséques extracellulaire extracellulaire intracellulaire intracellulaire Associations labiles: phénomène de translocation Exemple: après phosphorylation d’une protéine Translocation et association avec lysine d’une protéine intrinséque

16. P P P P P P Extracellulaire P P membrane lys lys lys lys lys lys lys P PIP3 PH kinase Kinases dépendantes desphosphatidyl-inositides Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (4/5) Certaines protéines ont desdomaines de reconnaissancedes phosphatidyl-inositol: Domaines PH ou pleckstrine Les protéines extrinséques:associations non covalentesaux phospholipides - - - - - - - + + + + + + + Phospholipides acides(PS ou PA ou PI)

17. extracellulaire extracellulaire intracellulaire intracellulaire Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Interaction lipides-protéines dansles membranes cellulaires (5/5) Les protéines extrinséques:association à la membrane par des ancres lipidiques Insertion d’une « ancre » hydrophobe dans la membrane Insertion stable ou Désinsertion possible après action d’une enzyme (phénomène de translocation)

18. 14 H -N - CH2 - C - O 1 Protéine C O myristoyl Glycine N-terminale Acide gras 14 carbones CH3 CH3 CH3 Protéine CH2 - S - CH2 - CH - NH - C O OCH3 Cys (méthyl ester) C-terminale farnésyl Analogue d’acides gras: Farnésyl ou géranyl motifs isoprénes Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Les protéines extrinséques (1/3) association covalente à des lipides : acides gras « ancre » lipidique L’acide myristique et le farnésyl sont fixés surla protéine au cours de sa maturation. Laprotéine est ensuite ancrée dans la membrane membrane Site « consensus »: CAAX A= acides aminés hydrophobes X détermine farnésylation ou géranylation

19. Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Les protéines extrinséques (2/3) association covalente à des lipides : acides gras « ancre » lipidique membrane 16 NH - O - CH2 - CH CO 1 Protéine C O palmitoyl Ser ou Thr interne 16 NH - S - CH2 - CH CO 1 Protéine C O palmitoyl Cys interne Réversibilité: Addition de l’acide palmitique: protéine acyltransférases Délétion de l’acide palmitique: protéine thioestérases Autres acides gras possibles

20. H2N Protéine CO Mannoses Glucosamine Inositol Phospho-lipase D Phospho-lipase C Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Les protéines extrinséques (3/3) association covalente à des lipides : ancre glypié Famille de protéine Exemple : protéine du prion Ethanolamine P Feuillet externe membrane Phospholipides

21. Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Modèle de la mosaïque fluide Modèle de la mosaïque fluide "mer de lipides dans laquelle nagent des protéines" Amendement au modèle : microdomaines exemple : cavéoles (protéine=cavéoline)

22. Les membranes cellulaires : une structure essentielle à la vie cellulaire Amendement au modèle de la mosaïque fluide:les « radeaux » lipidiques • Domaines riches en : • Cholestérol • Sphingolipides • Protéines de signalisation • cavéoline Extracellulaire Intracellulaire

23. Auto-test sur les membranes Pour télécharger le QCM, cliquer sur l’onglet