La Membrane Plasmique : Structure - PDF

Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD La membrane plasmique Structure I- Définition La membrane plasmique est une memb...

Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD La membrane plasmique Structure I- Définition La membrane plasmique est une membrane biologique délimitant toutes les cellules vivantes, elle sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire, contrôle les échanges et son intégrité, indispensable à la survie de la cellule. II- Structure de la membrane plasmique (M.P) 1- Au microscope optique Peu d'intérêt, la M.P apparait comme une simple ligne continue d'épaisseur difficile à estimer plus réfringente que le cytoplasme. 2- Au microscope électronique a- Techniques des coupes minces L'observation au MET de coupes minces fixées au tetroxyde d'osmium la M.P apparait tristratifié (formée de 3 feuillets) : 2 feuillets sombres et 1 feuillet clair médian. Cet aspect est commun à la cellule eucaryote et à la cellule procaryote. Les feuillets sont répartis comme suit : Un Feuillet sombre externe (F.S. E) Dense aux électrons, osmiophile, de nature protéique mesurant 20 à 25 Å d'épaisseur. Un feuillet clair médian Peu dense aux électrons, osmiophobe de nature lipidique (disposé en 1 bicouche moléculaire) situé entre les 2 feuillets sombres et mesure 30 à 40 Å d'épaisseur. Un Feuillet sombre interne (F.S. I) 1 Dense aux électrons, osmiophile, de nature protéique mesurant 20 à 25 Å d'épaisseur.  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD  Cet aspect tristratifié est retrouvé également au niveau de tous les compartiments du système endomembranaire et la mitochondrie d’où la notion de : Membrane unitaire  Cette similitude concerne la structure uniquement car la composition biochimique varie d’un organite à un autre. Cette même technique des coupes minces permet également d'observer au niveau de la M.P des éléments structuraux, lui conférant un aspect asymétrique. Ces éléments sont représentés par le cell coat (revêtement fibreux sur le F.S.E) et un fin feutrage de microfilaments sur le F.S.I. b- La technique du cryodécapage: Entraine un clivage de la M.P en 2 hémimembranes. Le plan de fracture passe par la zone claire (feuillet clair médian) et révèle la présence de particules globulaires sous forme de reliefs (excroissances) correspondant aux protéines transmembranaires, et des images complémentaires dépression (creux). Les 02 hémimembranes sont complémentaires, correspondant à des protéines globulaires, lesquelles possèdent une répartition et une densité propres à chaque type de membrane et constituent un autre facteur d'asymétrie de la M.P (asymétrie biochimique). 2  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD III- Composition chimique 1- Technique d'isolement des M.P Le matériel de choix est le globule rouge (GR) (dépourvue de noyau), les membranes plasmiques peuvent également être isolées à partir de cellules nucléées (hépatocytes) par ultracentrifugation différentielle successives. Les GR soumis à un choc hypotonique, éclatent et libèrent l'hémoglobine, puis par centrifugation les membranes plasmiques se déposent au fond du tube et peuvent alors être récupérées pour analyse chimique. 2- Analyse biochimique L'analyse biochimique de ces fragments membranaires recueillis montre que les membranes plasmiques des GR sont constituées de : 40% de lipides, 52% de protéines et 8% de glucides. 3  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD Tableau récapitulatif montrant la teneur en protéines, lipides, sucres de la M.P de 3 types cellulaires (exprimée en % du poids sec de la M.P) NB : la membrane d’enveloppe des organites est plus riche en protéines que la M.P. A- Les lipides membranaires Les variétés de lipides présent dans la membrane plasmique sont 1- Les phospholipides a- Structure: ils sont de deux (02) groupes Glycérophospholipides Sphingophospholipides  La tête des glycérophospholipides est basée sur un groupement glycérol. Les glycérophospholipides sont majoritaires.  La tête des sphingophospholipides est basée sur une sphingosine. Les glycérophospholipides sont les plus abondants des phospholipides, les composants de la tête déterminent 04 variétés de phospholipides. 4  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD -Les phospholipides sont des molécules amphiphiles bipolaires comportant à la fois : * Une tête externe ou groupement polaire= pôle hydrophile (aime l’eau). * Une queue interne ou groupement apolaire= pôle hydrophobe (craint l’eau), constitué chaines d‘acide gras (AG). - En milieu aqueux et en raison de leur caractère amphiphile les phospholipides tendent à s'organiser spontanément de différentes manières telques les groupes polaires restent en contact de l'eau et les groupes apolaires fuient l'eau, il se forme alors : * Des micelles = les phospholipides se déposent en une seule couche qui se referme sur elle- même par un processus d'autofermeture. * Des liposomes = formation ou disposition des phospholipides en bicouche par un processus d’autoassemblage puis formation d’un liposome par autofermeture de la bicouche. -La membrane plasmique sépare le milieu intérieur de la cellule (cytoplasme) qui est aqueux du milieu extracellulaire de la cellule qui est aqueux aussi. En raison de leur caractère amphiphile, les groupements polaires des phospholipides doivent être en contact avec les milieux aqueux et les groupements apolaires doivent fuirent les milieux aqueux, et pour que cela soit possible, les phospholipides se disposent en 02 couches au niveau de la M.P. Ainsi les phospholipides s’associent ou s’assemblent pour donner une structure dite en doubles feuillets ou 02 monocouches. 5  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD Les phospholipides ne présentent pas la même longueur de la queue ni la même saturation, ce qui influe sur leur disposition plus ou moins serrées au sein de la bicouche lipidique et par la même sur la fluidité membranaire. La présence d’acides gras insaturés augmente la fluidité membranaire. b- Les fonctions des phospholipides: -Déterminent la forme, la structure de la M.P et forment une barrière imperméable aux molécules hydrosolubles. -Grâce à leur propriété d’autofermeture, ils interviennent dans : *L’endocytose : mécanisme de transport des molécules vers l’intérieur de la cellule. * L’exocytose : mécanisme de transport des molécules vers l’extérieur de la cellule *La cytodiérèse : obtention de 02 cellules filles à partir d’une cellule mère. 6  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD 2- Le cholestérol : Est constitué par un groupe polaire hydroxyle, un groupement stéroïde solide et une queue hydrophobe (chaine Noyau hydrocarbonée disposée dans la bicouche phospholipidique). stéroïde solide - Les fonctions du cholestérol :  Augmente la stabilité mécanique de la MP.  Diminue la fluidité membranaire.  Diminue la perméabilité de la membrane plasmique aux petites molécules. La membrane plasmique comprend des régions (microdomaines) rigide riche en cholestérol, appelés les radeaux lipidiques, constituent des zones privilégiées pour l'activité de certaines protéines (transmembranaire). Le radeau Lipidique La bicouche Lipidique Membrane plasmique avec un radeau lipidique 3- Les glycolipides : - Composés d’une tête polaire = ose ou chaine d’oses et d’une queue hydrophobe = chaine d’acides gras. -Participent avec les glycoprotéines à la formation du cell coat (Glycocalyx). 7  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD La distribution de ces 3 variétés de lipides (les phospholipides, les glycolipides et le cholestérol) au niveau de la M.P est asymétrique, constitue un autre facteur d'asymétrie de la M.P (asymétrie biochimique), et se fait comme suit : - Au niveau de la monocouche externe le phosphatidylinositol est glycosylé en GPI, permettant l’ancrage de glycoprotéines à la monocouche externe. - Au niveau de la monocouche interne le phosphatidylinositol est phosphorylé, puis clivé par la phospholipase Cβ (elle-même activée par une protéine G trimériques) donnant naissance à 02 seconds messagers intracellulaires : le DAG et le IP3. GPI = glycosylphosphatidylinositol Glycoprotéine GPI Phosphorylé Stimule (+ ) Clivé Phospholipase Protéine G trimérique 02 Seconds messager Récepteurs8 du Diacyl-glycérol (DAG) Inositol tri-phosphate (IP3) REL Cytosol  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD B- Les protéines membranaires : sont moins nombreuses que les lipides (1 protéine pour 5 lipides), plus volumineuses que les lipides (PM = 20000 à 290000 daltons) et possèdent une extrémité carboxyle terminal (COOH) et une extrémité NH2. 1- Les protéines intrinsèques : a- Les protéines intégrées (transmembranaires): ce sont des protéines qui pénètrent dans la bicouche lipidique de la M.P, présentent 03 parties et 02 formes différentes: b- Les protéines ancrées: ce sont des protéines qui ne pénètrent pas la bicouche lipidique de la M.P. 9  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD -Elles sont situées sur les 02 faces de la M.P (extracellulaire et cytoplasmique) et se fixent ou se lient aux lipides de la M.P, on distingue : Exemple de protéine ancrée à la monocouche interne de la membrane plasmique Protéine Protéine ancrée Protéine transmembranaire transmembranaire 10 Protéine ancrée Protéine périphérique  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD Perméabilité Communication intercellulaire L’adhérence de la cellule Réaction enzymatique Communication intercellulaire C- les glucides Situés presque toujours du côté extracellulaire de la M.P, ce sont des polysaccharides, toujours liés à des protéines sous forme de glycoprotéines ou à des lipides sous forme de glycolipides et constituent un feutrage de microfibrille appelé le glycocalyx (cell coat). Activité enzymatique Le glycocalyx assure les fonctions suivantes L’adhésivité cellulaire Reconnaissance cellulaire Charge négative de la M.P La protection contre les La protection contre les agressions enzymatiques agressions chimiques Détermination des groupes sanguins 11 ( exemple: protection ( exemple: l’acidité (en déterminant le chaînes glucidiques des antigènes contre la protéase) gastrique) présent à la surface des globules rouges)  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD IV- Architecture moléculaire : La microscopie électronique conventionnelle montre un aspect figé statique de la M.P avec 2 feuillets sombres séparés un feuillet clair, ce concept est remis en cause par l’avènement de nouvelles techniques parmi lesquelles : 1- La technique des membranes artificielles : montre que les lipides sont organisés en bicouche englobant des protéines. 2- Technique de résonnance magnétique nucléaire (RMN) : Cette technique fait appel à un traceur (exemple : lipides) marqué par une autre molécule appelée indicateur (groupement Nitroxide qu'on peut séparer). Ce traceur est inséré dans une membrane artificielle, ses déplacements sont suivis et permettent ainsi de voir qu'il y a 3 types de mouvements des lipides : 3- L'immunofluorescence et l'hybridation cellulaire : ces 02 techniques ont permis à Frye et Edidin en 1970, de porter la preuve que les protéines se déplacent également (plus lentement que les lipides) au niveau de la M.P, en utilisant un hétérocaryon, qui résulte de la fusion de deux cellules provenant d'espèces différentes, comportent des protéines spécifiques de ces deux espèces. Le marquage de ces protéines par des anticorps fluorescents, permet de montrer que les protéines membranaires de chacune des espèces, situées à un pôle de l'hétérocaryon dans les 5 premières minutes après la fusion, se trouvent dispersées sur toute la surface membranaire après 40 minutes. Ce résultat ne peut s'expliquer que par l'existence d'une diffusion latérale des protéines. 12  Ecole Nationale de Santé Militaire- Kouba – Alger PREMIERE ANNEE DE MEDECINE DE L’ANNEE 2024/2025 MODULE DE CYTOLOGIE Dr. BOUGRINA Dr.HARHAD Remarque : - La rotation des protéines sur place est observée aussi, comparable à celle des lipides. - Le phénomène de flip-flop n’existe pas pour les protéines membranaires. V- Conclusion : Les techniques sus-décrites montrent que la membrane plasmique est une mosaïque constituée de protéines, de lipides et de glucides, elle n’est pas figée mais fluide car ses constituants (lipides/protéines) sont en perpétuel mouvement (se déplacent), d’où la notion de mosaïque fluide de SINGER et NICHOLSON. Bibliographie : 1- Cau, Pierre. Seite, Raymond. Cours de Biologie Cellulaire. Paris: éd. Ellipses, 1996 2- Lorin A, Flore C, Thomas A, Brasseur R. Les liposomes : description, fabrication et applications. Biotechnol Agron Soc Environ. Published online January 1, 2004. Accessed February 2, 2021. https://popups.uliege.be/1780- 4507/index.php/base/issue/view/lodel/index.phpid14095 3- Martínez M, Kunzelmann C, Freyssinet J-M. Remodelage de la membrane plasmique et stimulation cellulaire. ms. 2004;20(2):189-195. Accessed February 2, 2021. https://www.erudit.org/en/journals/ms/1900-v1-n1- ms705/007679ar/abstract/ 4- Zwaal RF, Schroit AJ. Pathophysiologic implications of membrane phospholipid asymmetry in blood cells. Blood 1997; 89: 1121-32. 13