Les membranes biologiques

Membrane plasmique et membranes internes(endomembranes)

Domaines

Exemple: cellule épithéliale

domaine apical, domaine basolatéral

Microdomaines

Radeaux lipidiques (riches en stérols et sphingolipides)

Synthèse

membranes biogènes (ex: cf cours réticulum endoplasmique)

Réparation

Fonction à l’échelle d’une cellule des membranes biologiques

-Echanges

-Métabolisme (cf cours mitochondrie)

-Réception de signaux/transduction du signal

-ancrage de structures cellulaires (ex: cytosquelette)

-Division cellulaire

- structuration du noyau et de la chromatine (cf cours)

-Mort cellulaire programmée

Fonction à l’échelle d’un organisme vertébré

-interactions cellule/cellule et cellule/matriceorganisation en tissus et organesinteractions dynamiques: au cours du développement, fonctionnement du

système immunitaire

-membrane plasmique et réception de signauxcommunication au cours du développement et fonctionnement du système immunitairecommunication hormonalecommunication nerveuse: synapse chimique

-membrane plasmique et excitabilitécommunication nerveuse (potentiel d’action)cellules musculaires

-Echanges

sans protéine

avec protéine

transporteurs, canaux, pompes

cas des translocations (RE, mitochondrie, chloroplaste)

échanges nucléocytoplasmiques

endocytose/exocytose

Echanges

Des contraintes imposées par la nature des membranes biologiques

Échanges sans protéine

Échanges sans et avec protéine

Échanges avec protéine

Les membranes biologiques constituent des barrières sélectives

Importance de l’équipement en protéines membranaires

Echanges

Echanges

Echanges

La spontanéité de l’échange dépend du gradient électrochimique

DG<0

1 2

Potentiel électrochimique 1 > potentiel électrochimique 2

Echanges

Passifs

selon le gradient électrochimique

Actifs

contre le gradient électrochimique

Echanges

Passifs

diffusion simple

diffusion au travers d’un canal

transport facilité

Échanges sans protéine

Échanges sans et avec protéine

Échanges avec protéine

diffusion simple

diffusion au travers d’un canaltransport facilité

Echanges

Passifs

Echanges

Passifs

diffusion simple

C1

C2

Dx (cm)ou e pour épaisseurSubstance C en solution

Bicouche lipidique dont la surface offerte à la diffusion est S (cm2)

Flux

Flux = -D x S x Dc/Dx = -S x D/Dx x Dc (moles/sec)

Coefficient de diffusion (cm2/sec) qui dépend:de la solubilité de la molécule, de la température….

Surface offerte à la diffusion (cm2)

Gradient de concentration (moles/cm3)

Epaisseur de la membrane (cm)

Indique que le flux est dirigé vers le compartiment où la concentration

est la plus faible

Coefficient de perméabilité P (cm/sec)

Echanges Passifs

diffusion simple

Flux (moles/sec)

Dc (moles/cm3)

Gradient de concentration

La loi de Fick indique que le flux à travers la membrane lipidique est directement proportionnel au gradient de concentration

La membrane plasmique est imperméable aux ions

Ils peuvent traverser la membrane en utilisant des protéines canaux que l’on appelle des canaux ioniques

Ils sont très sélectifs et ne permettent le passage que d’un seul type d’ion: Na+, K+, Cl-, Ca2+

On parle alors de canaux sodiques, potassiques, calciques, …

Ce sont des systèmes d’échanges très efficaces: 106 à 108 ions traversent le canal chaque seconde

Echanges

Passifs

diffusion au travers d’un canal

Les canaux ioniques peuvent exister sous différents états: ouvert, fermé activable, fermé non activable

Echanges

Passifs

diffusion au travers d’un canal

État fermé État ouvert

EchangesPassifs

diffusion au travers d’un canal

Une modification du potentiel transmembranaire

Canaux voltage- ou potentiel-dépendants

La fixation d’un ligand

Canaux dépendants d’un ligand

Une tension mécanique exercée sur la membrane

Canaux mécano-sensoriels

Comment l’eau traverse-t’elle la membrane plasmique?

Les membranes artificielles dépourvues de protéines sont perméables à l’eau

L’agitation moléculaire déforme sans cesse les chaînes aliphatiques des acides gras et rompt les interactions hydrophobes

Les molécules d’eau de petite taille et sans charge électrique nette peuvent se frayer un chemin entre elles

Les membranes possèdent également des canaux hydriques constitués de protéines appartenant à la famille des aquaporines

Ces protéines transmembranaires sont des sites privilégiés pour la diffusion des molécules d’eau à travers la membrane

EchangesPassifs

diffusion au travers d’un canal

exterieur

interieur

Aquaporine (protéine canal transmembranaire)

eau eau

Diffusion à traversLes lipides

Diffusion à travers des canaux hydriques

EchangesPassifs

diffusion au travers d’un canal

EchangesPassifs

diffusion au travers d’un canal

Aquaporine 1

EchangesPassifs

transport facilité

intracellulaire

extracellulaire

GLUT 1

EchangesPassifs

transport facilité

EchangesPassifs

transport facilité

EchangesPassifs

transport facilité

Name Tissue distribution Important features

GLUT 1 Brain, erythrocytes, placenta, fetal tissue

Low Km* (~ ). Allows relatively constant uptake of glucose independent of the normal extracellular concentration (4–6 mM).

GLUT 2 Liver, kidney, intestine, pancreatic β-cell.

High Km (15–20 mM). Allows intracellular and extracellular glucose to equilibrate across membrane.

GLUT 3 Brain Low Km (<) compared with GLUT2. Allows preferential uptake in hypoglycemia.

GLUT 4 Muscle and adipose tissue Medium Km (2.5–5 mM). Insulin recruits transporters from intracellular stores increasing glucose uptake.

GLUT 5 Jejunum Medium Km (~ ). Responsible for fructose uptake.

The family of glucose transporters (GLUTs 1–5)

GLUT 1

EchangesPassifs

transport facilité

EchangesPassifs

transport facilité

SGLT1

Il suffit qu’une seule des deux molécules suivent son gradient électrochimique

Ici, c’est le sodium

3Na+ 3Na+

Ca++ Ca++

H+

Lactose Lactose

H+

Membrane plasmique

Membrane plasmiquebactérienne

Echangeur Na+/Ca 2+ des cellules cardiaques (antiport)

Symport H+/lactose desbactéries

EchangesPassifs

transport facilité

Echangesactifs

Pompes à protons Ions et différentes petites molécules

Pompes à-Protons-Sodium-Potassium-calcium

Echangesactifs

Echangesactifs

Echanges

Notion de transport actif secondaire

Echanges

Concentrations ioniques moyennes à l’intérieur et à l’extérieur d’une cellule de mammifère « moyenne »

Cations Na+ 10 K+ 140 Mg++ 05 Ca++ 0,6

Anions HCO3- 12Cl- 5-15

Cations Na+ 145 K+ 5Mg++ 1-2Ca++ 1-2

Anions HCO3- 30Cl- 115

Membrane plasmique

-+-70mV

-+

-

+

0mV

0mV

En mM