3- La membrane plasmique.pdf

1/3/2023 B1100 - Cytologie Dr. Ali El Roz 1 La membrane plasmique ASPECT MORPHOLOGIQUE, COMPOSITION CHIMIQUE, ARCHITECTURE MOLECULAIRE DIFFER...

1/3/2023 B1100 - Cytologie Dr. Ali El Roz 1 La membrane plasmique ASPECT MORPHOLOGIQUE, COMPOSITION CHIMIQUE, ARCHITECTURE MOLECULAIRE DIFFERENCIATIONS MOPHO-FONCTIONNELLES 2 1  1/3/2023 Généralités  La membrane plasmique est une enveloppe mince et continue qui entoure la cellule et sépare le cytoplasme du milieu extracellulaire. perméable et fluide  zone d'interaction entre la cellule et son environnement Frontière (différence de composition des milieux intra- et extracellulaires) 3  Cellules eucaryotes: cytomembranes des organites  Comparables à la MP (morphologiquement) mais elles différent par leur constitution chimique: Nature des protéines et des lipides spécifique et évidement par leur fonction Plus de protéines, moins de lipides et pas de cell coat  MP + cytomembranes: membranes biologiques Entités dynamiques Site d’activités biochimiques 4 2  1/3/2023 La MP et endomembranes sont formées d’ensemble de molécules actives et dynamiques qui assurent: 1) Compartimentation (rôle de frontière): Membranes continues qui enferment des compartiments: Membrane plasmique enferme la cellule entière Membrane nucléaire enferme le noyau Membranes cytoplasmiques qui enferment les organites Isolation: les activités spécialisées peuvent se dérouler indépendamment du milieu externe (ou d’un organite à un autre) 5 2) Echange: Membrane plasmique permet le transport des substances (énergie, matière) pour pouvoir maintenir la vie cellulaire Seulement les éléments désirables sont échangés entre les compartiments par l’intermédiaire de pores et canaux Echange sélectif Réponses aux signaux externes: Un signal se propage pour stimuler ou inhiber des activités à l’intérieur de la cellule. 6 3  1/3/2023 I. Aspect morphologique Comme les murs d’une maison, la MP protège la cellule de l’environnement extérieur Fragile et fine: 5 à 10 nm 10 000 MP Epaisseur 7 Aspect morphologique MO: limite de la cellule MET: o Epaisseur moyenne de 8,5 nm o Apparence lamellaire tripartite (3 feuillets) o 2 feuillets denses aux e- (osmiophiles) de 2.5 nm chacun o 1 feuillet transparent aux e-(osmiophobe) de 3.5 nm 8 4  1/3/2023 Microscope électronique Structure à trois couches Aspect trilamellaire 2 feuillets sombres (2.5 nm chacune) osmiophiles, séparés par un feuillet clair (3.5 nm) osmiophobe Tetroxyde d’osmium Asymétrie membranaire (cell-coat ou glycocalyx) 9 II. Composition chimique 1. Lipides (40%) : phospholipides, cholestérol et glycolipides 2. Protéines enchâssées dans la membrane ou adsorbées à sa surface (52 %) 3. Hydrates de carbone (face externe) formant des glycoprotéines et des glycolipides ( 8 %) 3 1 2 8,5 nm 10 5  1/3/2023 A. Les lipides membranaires AMPHIPHILES contiennent: une partie apolaire hydrophobe (chaines hydrocarbonées) une partie polaire hydrophile (phosphoglycérole substitué) 3 types: 1. Phospholipides 2. Cholestérol 3. Glycolipides 11 1. Phospholipides La classe la plus abondante des lipides des cellules animales (55% de la fraction lipidique) 2 acides gras hydrophobes de longueur variable (dont l’un contient 1 ou +eurs double liaisons) + 1 Tête phosphorylée polaire qui se lie à son tour à un substituant polaire X (serine, choline, inositol……) La nature du substituant polaire X détermine la nature du phosphoglycéride. PC, PS, PE, sphingomyéline, PI (en faible quantité) 12 6  1/3/2023 1. Phospholipides Faible quantité Glycérol Acides gras Tête polaire 13 La diversité des phospholipides résulte de l’association de têtes polaires différentes... 14 7  1/3/2023 15 1. Les phospholipides exemple des phosphoglycérides G ACIDE GRAS L Y C E ACIDE GRAS R O ALCOOL PHOSPHATE L 16 8  1/3/2023 La distribution des lipides est asymétrique exemple de la membrane plasmique extérieur intérieur Phosphatidylserine 0 100 Phosphatidylethanolamine 10 90 Phosphatidylcholine 90 10 Glycolipides 100 0 17 Lipides amphiphiles en solution aqueuse forment automotiquement 1 double couche membranaire Air Eau liposome 18 9  1/3/2023 2. Cholestérol Molécule amphiphile cyclique Représentent ~ ¼ des lipides membranaires Rôle très important dans la membrane cytoplasmique des eucaryotes Pas de cholestérol dans les cellules procaryotes 19 2. Cholestérol Très abondant dans la membrane plasmique des cellules animales (30 à 50 % des lipides des MPs). Absent des MP des plantes et bactéries. De type stéroïde, polycyclique formée d’une tête polaire (groupe OH) et d’une queue apolaire. Integrée entre les phospholipides, elle occupe seulement une seule couche de la bicouche lipidique. Groupe OH Distribution uniforme à l’interface 20 10  1/3/2023 OH Polaire CH 3 CH Apolaire 3 CH CH 3 CH CH 2 2 CH Le cholestérol 2 CH CH CH stabilise 3 3 les membranes Liaisons hydrophobes 21 3. Glycolipides: 5 à 10 % des lipides membranaires Molécules de lipides couplées aux oligosaccharides orientés vers le milieu extracellulaire 2 sortes: - glycolipides simples neutres: cérébrosides - glycolipides complexes contenant ac sialique: gangliosides 22 11  1/3/2023 3. Les glycolipides Rôles:  Antigénicité de surface (identité cellulaire)  Adhésion cellulaire  Gangliosides: récepteurs (GM1: récepteur de la toxine du choléra)  Participe à la formation du glycocalyx 23 B. Les protéines membranaires + diversifiées, + nombreuses et + difficiles à isoler que les lipides. 50-70% en poids (p+glycop). Amphiphiles: - 1 ou +eurs domaines hydrophiles, en contact avec le cytosol ou le milieu extracellulaire; - 1 ou +eurs domaines hydrophobes, en contact avec les lipides Enzymes, transporteurs, perméases, antigènes, récepteurs hormonales 24 12  1/3/2023 Fonctions des protéines membranaires 25 Se divisent en 3 catégories : 1- Les protéines extrinsèques : 1/3 P. mb. plas. Hydrophiles localisées en dehors de la double couche lipidique (ext./int.) par des liaisons ioniques faibles avec des composants mb. Aucun contact avec partie hydrophobe Facilement dissociées de la mb par solution saline P. extrinsèques du côté cytoplasmique ne sont presque jamais glycosylées 26 13  1/3/2023 27 2- Les protéines intrinsèques ou intégrées : Sont + nombreuses Fortement ancrées dans la mb. Assurent des fonctions importantes 3 types: - Monotopique: Rare, attachée à une seule face de la double couche phospholipidique Ex: cytochrome b5. - Bitopique: traverse la bicouche une fois et présente un domaine du cote extracellulaire et un autre du cote cytoplasmique Ex: glycophorine & +eurs recepteurs. - Polytopique : a plusieurs segments transmembranaires. Ex: transpoteur ABC. Bitopique & polytopique sont des protéines transmembranaires. 28 14  1/3/2023 Protéines intrinsèques (structurales ou intégrées) Les protéines bitopiques et les protéines polytopiques ont 2 pôles hydrophiles et une partie moyenne hydrophobe : elles sont donc transmembranaires 29 Le domaine transmembranaire des protéines est souvent constitué d’hélices a hydrophobes 21 acides aminés hydrophobes 30 15  1/3/2023 31 Acides aminés hydrophiles 32 16  1/3/2023 2- Les protéines intrinsèques ou intégrées : La plupart sont transmembranaires /amphiphiles (avec hélices α ou feuillets β) et la majorité est glycosylée du côté extracellulaire. 3- Les protéines périphériques: - Protéines ancrées par un lipide : Cas particulier des protéines G trimériques ancrées du côté cytosolique par un ac. gras sinon elle est cytosolique. Protéines intégrées du côté extracellulaire par liaison covalente avec GPI (rares) = protéines à ancre GPI (glycosylphosphatidylinositol) 33 34 17  1/3/2023 Transports membranaires 1- Perméabilité sélective : 35 2- Voie vésiculaire : 36 18  1/3/2023 37 C. Les glucides Constituent 5-10% et sont situées sur la face externe de la membrane. 2 formes: - soient des oligo ou poly liées a des protéines (glycoP ou protéoglycannes 93 %) - soient des oligo ou poly liées a des lipides (glycolipides 7 %) Constituent un revêtement cellulaire appelé « cell-coat » ou « glycocalyx » 38 19  1/3/2023 39 Glucides liés aux protéines ou lipides. ‘‘Manteau cellulaire’’ qui a une épaisseur comprise généralement entre 10 et 15 nm. Porteurs de charge négative (Ac sialique) 40 20  1/3/2023 Rôles: - protection à la cellule (résistance aux enzymes protéolytiques) - Rôle enzymatique - Perméabilité, endocytose, adhésion intercellulaire - Reconnaissance cellulaire (soi et non soi) 41 CELLULE EUCARYOTE ANIMALE CELLULE EUCARYOTE VÉGÉTALE La membrane plasmique est doublée d’une paroi cellulosique 42 21  1/3/2023 D. Caractéristiques de la double couche lipidique Au sein de cette double couche:  des protéines flottent  des molécules de cholestérol s’intègrent entre les molécules phospholipidiques.  Les glucides sont toujours accrochés à la face hydrophile et forment le cell-coat (ou le glycocalyx).  L’agencement des lipides et des protéines répond au modèle dit ‘‘modèle de la mosaïque fluide’’ 43 Mosaïque et fluidité Le terme de mosaïque fluide, est souvent employé pour décrire à la fois la composition et le comportement dynamique des membranes biologiques :  Mosaïque: car la composition de la membrane est très hétérogène à la fois dans l'espace et le temps.  Fluide: car les phospholipides et les protéines membranaires peuvent se mouvoir dans le plan de la membrane. De plus, la membrane est un corps parfaitement déformable dans les 3 directions de l'espace. 44 22  1/3/2023 D. Caractéristiques de la double couche lipidique 1. Asymétrie: Extérieur SM sphingomyéline PC phosphatidylcholine Glycolipides Liaisons disulfure entre cystéines des protéines Intérieur PI phosphatidylinositol PS phosphatidylsérine PE phosphatidyléthanolamine Liaisons aux éléments du cytosquelette Cl Cholestérol (même partout) 45 2. Fluidité: = Capacité de couler: dépend de +eurs facteurs: La température: - A 37˚C, état fluide: Lipides sont parallèles et peuvent pivoter et bouger latéralement - Lorsque la température diminue, les lipides se convertissent en gel cristallisé et glacé: Le mouvement des lipides devient restreint. Fluide Gel 46 23  1/3/2023 La longueur de la chaîne d’acides gras et le degré d’insaturation: - Chaîne plus courte  fluidité élevée: nb d’interactions sont moindres - Plus de doubles liaisons  fluidité élevée: empilement des chaînes plus difficiles La quantité du cholestérol: - Plus de cholestérol  fluidité diminuée: résistance mécanique et stabilité élevées (interactions hydrophobes avec parties hydrocarbonées des phospholipides). - Cl diminue la perméabilité de la double couche aux petites molécules hydrophiles. 47 Fluidité Membranaire Fluidité et conformation des chaînes hydrocarbonées Chaines plus difficiles à compacter Chaines plus faciles à compacter plus difficile à "geler" plus faciles à "geler" 48 24  1/3/2023 3. Mouvement des constituants membranaires: Lipides : dont la vitesse de déplacement est d’autant plus grande que sa chaîne est + courte et – saturée. a- diffusion: diffusion latérale flip-flop rapide et lente et fréquente rare 49 b- rotation : surplace, fréquente et rapide c- flexion : dépend surtout des A.G. insaturés et du cholestérol Protéines : restent + ou – distantes (COO-), peuvent s’agréger et ont une mobilité par : - diffusion latérale Généralement – - par rotation rapide que - pas de flip-flop lipides 50 25  1/3/2023 Mosaïque fluide : Les molécules sont ordonnées, mais se déplacent sans arrêt les unes par rapport aux autres. Diffusion latérale Flip-flop (Bascule ou flexion diffusion transversale) Rotation 51 La diffusion transversale d’un lipide peut être : – Passive: lente – Catalysée par des protéines membranaires: flippases et floppases  diffusion facilitée  Asymétrie lipidique 52 26  1/3/2023 Microdomaines de la membrane plasmique: Rafts: différentiation membranaire : sont des zones contenant de : sphingomyéline, glycolipides et cholestérol associes avec les protéines membranaires. Lipides des rafts jouent un rôle important dans le mouvement cellulaire, endocytose et signalisation cellulaire. 53 54 54 27  1/3/2023 Cavéole: microdomaines caractérisées par des invaginations de la membrane plasmique et par la présence d’une protéine spécifique “cavéoline” Cavéole est impliquée dans : - Endocytose, transcytose (macromolécules capturées dans des vésicules d’un côté de la cellule et sont éjectées de l’autre côté de cette cellule) - Pénétration des virus dans la cellule 55 56 28  1/3/2023 57 III. Différenciations de la membrane plasmique A. Augmentation de surface d’échange B. Liaisons intercellulaires 58 29  1/3/2023 III. Différenciations de la membrane plasmique A. Augmentation de surface 1- Microvillosités : Expansions de la MP observées à la partie apicale de plusieurs cellules (ex: entérocytes). Structures stables : - une zone périphérique (mb) - une zone centrale contenant des microfilaments d’actine groupés en faisceaux (P. de liaison-fimbrine, villine…) Ces microfil. d’actine s’attachent à la base (mb) à des filaments de myosine. - Prolongation cyt : réseau de filaments spectrine / cytokératine Ont un cell-coat très développé 59 Interviennent dans l’absorption vers le milieu intracellulaire. 60 30  1/3/2023 20 nm 10 - 50 Microfilaments groupes en faisceaux 61 Formes des micovillosites Plateau strié : - µvill rectilignes (même Ln. et diamètre) - parallèles et ordonnées - au pôle apical des entérocytes Bordure en brosse (TCP): - identiques à celles du plateau strié mais sont plus longues, moins serrées et moins régulièrement disposées 62 31  1/3/2023 63 Stéréocils : - µvill immobiles, - pas des µfilaments d’actine - taille et forme irrégulières - parfois sont anastomosées - importants dans la sécrétion - dans l’appareil génital male (épididyme) 64 32  1/3/2023 2- Replis basaux : Profondes invaginations intracellulaires Partie basale de qq cellules épithéliales (échanges hydrominéraux) échange qui nécessite de l’énergie  besoin des mitochondries. 65 B. Liaisons intercellulaires: Adhésion intercellulaire : jonctions cellule-cellule Adhésion à la MEC: jonctions cellule-MEC 66 33  1/3/2023 B. Liaisons intercellulaires: jonction et adhésion Structure organisée 1 cellule se lie à 1 autre, et stable, mais par absence de observables au M.E structure d’organisation 1. Jonctions intercellulaires Zones de différentiations de la MP Présentes chez plusieurs types cellulaires mais sont trop abondantes dans les épithéliums Zones d’interaction de la MP avec le cytosquelette 67 3 groupes fonctionnels : a- jonctions serrées (barrière) b- jonctions d’ancrage (mécanique) c- jonctions communicantes (échange) 3 groupes morphologiques : a- type zonula (bande complète) b- type macula (tâche circulaire ou ovalaire) c- type fascia (bande incomplète) 68 34  1/3/2023 3 groupes fonctionnels:  jonctions serrées ou occludens (tight junctions): cellules serrées ensemble dans un feuillet épithélial d'une manière qui empêche même de petites molécules de fuir d'un côté à l'autre  jonctions d'ancrage/ adhérentes: qui mécaniquement fixent les cellules et leur cytosquelettes aux cellules voisines ou à la MEC  jonctions communicantes (gap junction): permettent le passage de signaux chimiques ou électriques d'une cellule à l’autre. 69 70 35  1/3/2023 a. Jonctions serrées ou tight occludens ou zonula occludens Situées au pôle apical des cellules. Bande apicale (Ep, endo) Jonctions à 5 feuillets Limitent le passage des molécules. Empêchent la diffusion latérale des protéines (polarisation) Formées d’un réseau anastomosé de protéines transmb. (occludines) liées au cytosq. d’actine par zo1, zo2 et la cinguline 71 s’observent dans la région apicale des cellules épithéliales 72 36  1/3/2023 Jonctions serrées 2 membranes plasmiques cellule 1 cellule 2 600 nm Rangées de protéines Espace intercellulaire Moitié cytoplasmique de 0 nm de la bicouche lipidique MP200802 73 74 37  1/3/2023 75 b- Jonctions d'ancrage Principes généraux 76 38  1/3/2023 b. Jonctions d’ancrage Très abondantes dans les épithéliums soumises à des pressions Se trouvent aussi dans les tissus non épithéliaux (tissu cardiaque) Connectent les cytosq. des cellules adjacentes ou cell / matrice extracell 2 formes : - zonula adherens (J.interm) - macula adherens (desmosomes) 77 Jonctions d'ancrage dans un épithélium: Jonction des éléments du cytosquelette d'une cellule à ceux d'une autre cellule (desmosomes zonulaires et maculaires) ou de la matrice extra cellulaire (hemi desmosomes) Fig 19-7 78 39  1/3/2023 Zonula adherens, J.interm. ou ceinture d’adhésion et desmosome zonulaire: Situées à la partie apicale sous les jonctions serrées Forment une bande entourant la cellule Constituées de : - domaine mb : glycop. transmb. (cadhérines dont l’adhésion dépend de Ca2+) - plaque cytopl. Sous-mb. Formée de plusieurs protéines (attachement des glycop. transmb. avec filaments d’actine du cytosq par actinine α, β et δ et caténine 79 Les jonctions adhérentes (zonula adherens ou adhesion belt) 80 40  1/3/2023 ou desmosomes zonulaires 81 Desmosome ou Macula adherens : Assurent la jonction entre les cellules Site d’ancrage des filaments intermédiaires (kératine si cell épithéliale, desmine si cell Cardiaque, ou autre) Forment de zone de contact ponctuelle et arrondie (boutons de pression) Constituées de: - Epaississement des feuillets internes des mb. - Plaque dense sous-mb. cytopl. composé de protéines d’attachement (desmoplakines, plakoglobines) et caténines : site d’attache des FI de cytokératine - Un espace intercellulaire de 20nm contenant une lamelle. Il renferme le domaine extracellulaire des glycop transmb de liaison cadhérines (desmogléïne, desmocolline). 41  1/3/2023 83 84 42  1/3/2023 1 Espace intercellulaire 2 Plaque cytoplasmique faite de desmoplakine 3 Desmogléine 4 Filaments de kératine ancrés à la plaque cytoplasmique 85 86 43  1/3/2023 Zonula occludens avec zonula adherens et desmosome maculaire forment le complexe jonctionnel. 87 Hémidesmosomes : ressemblent à un demi desmosome.  Connectent surface basale des épithéliums à la lame basale  Type macula  Les protéines transmembranaires dans hémidesmosomes sont des intégrines plutôt que des cadhérines.  Plaque dense cytopl formée des plectines  D'un côté de la membrane plasmique, les intégrines sont liées à des filaments intermédiaires de kératine.  A l'extérieur de la membrane plasmique, les intégrines se lient à la laminine, protéine qui est présente dans la membrane basale. 88 44  1/3/2023 Hémidesmosomes 89 Hémidesmosomes 90 45  1/3/2023 plectine 91 Jonction GAP ou communicante : Existe chez toutes les cellules. cytop cell A- cytop cell B J. à 7 feuillets Permet le passage des petites molécules ((ions, aa, nclts…) Régulée par pH et Ca2+ (fermée 1 canal ouvert (1.5 nm) entre les cellules adjacentes si pH et [Ca] baissent) 2 espace intercellulaire (2 - Structure connexons et 4 nm) connexines 3 connexon composé de Passage des molécules < 1,5 six sous - unités KDa) 92 46  1/3/2023 Connexons formés chacun de 6 sous-unités de connexine Fig 19-15 Les connexons peuvent être homomériques ou hétéromériques 93 La perméabilité des jonctions communicantes est régulée : Si pH diminue Ou calcium augmente les canaux se ferment. 94 47  1/3/2023 95 1 Jonctions serrées (zonula occludens) 2 Desmosomes (zonula adhaerens) 3 Desmosomes (macula adhaerens) 4 Jonctions Gap 96 48  1/3/2023 Résumé Fig 19-19 97 Jonctions Proteine Ligand Attachement Protéines d’adhésion extracell cytosq d’ancrage transmb intracell Serrée Occludine Occludine Filaments Protéines ZO Claudine Claudine actine cellule-cellule Adhérente Cadhérine Cadhérine Filaments Caténines a et b, (cadhérineE) des cellules d’actine vinculine, voisines actinine a, Desmosome Cadhérine desmogléine Filaments Desmoplakines (desmogléine desmocolline intermédiaires plakoglobine desmocolline) cell voisines (caténine g) Gap (nexus) Connexines Connexines voisines Plaque d’adhésion Intégrine Protéines Filaments Taline, vinculine, cellule-matrice (contacts focaux) MEC d’actine actinine a Hemidesmosome Intégrine Protéines Filaments Plectine MEC intermédiaires 98 49  1/3/2023 Nom Fonction Jonction serrée Scelle les cellules voisines entre elles en un feuillet épithélial qui empêche la fuite de molécules entre elles Jonction adhérente Réunit un faisceau d’actine d’une cellule à un faisceau similaire d’une cellule voisine Desmosome Réunit les filaments intermédiaires d’une cellule à ceux de la cellule voisine Gap junction (nexus) Permet le passage de petits ions et molécules hydrosolubles Plaque d’adhésion Permet de maintenir les cellules sur la matrice (contacts focaux) extracellulaire Hémidesmosome Ancre les filaments intermédiaires d’une cellule à la lame basale 99 Jonction synaptique : Contact entre les axones de neurones et plusieurs types de cellules (fibre musculaire, cellule nerveuse..) Structure : 50 différents types de cadhérines Permettent la formation du potentiel d’action par libération d’un neurotransmetteur 100 50  1/3/2023 2. Adhésion intercellulaire - Molécules d’adhésion cellulaire (CAM ; Cell Adhesion Molecules) : - CAM Ca2+ dépendants: cadhérines ou sélectines. - CAM Ca2+ indépendants : Ig homophiliques / hétérophiliques - Molécules d’adhésion cel-matrice (SAM ; Surface adhesion Molecules) : - intégrines (Ca2+ dépendants) - non intégrines 101 102 51