Traverser la membrane cellulaire Manuel Biologie 11 PDF

Traverser la membrane cellulaire Manuel Biologie 11 page 21 à 39 1 http://www.edu.gov.mb.ca/m12/progetu/sn /doc.html 2 La membrane cellulaire 3 La membrane cellulaire non polaire polaire Bicouche de phospholipides 4 Modèle de la mosaïque fluide Deux couches de phospholipides Protéines à la surface e...

Traverser la membrane cellulaire Manuel Biologie 11 page 21 à 39 1 http://www.edu.gov.mb.ca/m12/progetu/sn /doc.html 2 La membrane cellulaire 3 La membrane cellulaire non polaire polaire Bicouche de phospholipides 4 Modèle de la mosaïque fluide Deux couches de phospholipides Protéines à la surface et à travers Polysaccharides attachés aux lipides ou aux protéines Cholestérol entre les phospholipides 5 Pour information, les protéoglycanes (glycoprotéines, qui contiennent des polysaccharides à chaîne longue composée d’unités disaccharidiques répétées à l’infini) sécrétoires composent la matrice extracellulaire (tissu conjonctif, cartilage, etc.) et sont différents des protéoglycanes cellulaire. Il joue un rôle dans la protection, dans les phénomènes de reconnaissance et d'adhésion cellulaire et dans les processus infectieux. 6 LIPIDES Phospholipides (deux couches) Cholestérol (15% à 50 % du total des lipides) Le cholestérol joue un rôle dans la régulation de la fluidité de la membrane 7 Le cholestérol et la fluidité de la membrane À des températures élevées, le cholestérol restreint partiellement le mouvement des phospholipides et diminue donc la fluidité de la membrane (voir diapo 12). Mais le cholestérol entrave aussi l’entassement des phospholipides (chaînes carbonées) lui permettant ainsi de conserver sa fluidité à des températures plus basses. Donc le cholestérol a comme rôle de stabiliser la fluidité de la membrane 8 9 Les acides gras insaturés (cis) sont courbés saturé liaison double insaturé Acide oléique (insaturé) Les acides gras saturés sont rectilignes. Acide palmitique (saturé) 10 Les acides gras insaturés augmentent la fluidité de la membrane 11 Les huiles de poissons : 5 et 6 doubles liaisons. C’est le maximum qu’on puisse obtenir. On les appelle E.P.A. et D.H.A. ou acide cervonique. Les huiles de poissons à peau bleue tels les saumons et les morues en contrement. Le cholestérol peut se déplacer quand les membranes sont fluides, mauvais cholestérol (ou LDL) diminue, le bon cholestérol (ou HDL) augmente. L’organisme peut alors agir sur le métabolisme du cholestérol (synthèse, transport, élimination) et donc réguler la fluidité de ses membranes en contrôlant les apports cellulaires de cholestérol. Par contre, quand la membrane est rigide (à cause de la présence d’acide gras saturés), le cholestérol n’a plus la place suffisante pour s’intercaler entre les phospholipides : il retourne dans la circulation sanguine et favorise la création de plaques d’athérome. On comprend ainsi qu’une thérapeutique médicamenteuse basée sur le contrôle de la production cellulaire du cholestérol ne sert à rien, si par ailleurs on n’agit pas sur le véritable agent régulateur, la fluidité membranaire. Le cholestérol (alimentaire ou de synthèse hépatique) est transporté à toutes les cellules par la lipoprotéine L.D.L (Low Density Lipoprotein). La L.D.L., pour pénétrer dans la cellule, se fixe sur un récepteur protéique spécifique qui, une fois activé, déclenche une capture membranaire par endocytose (invagination membranaire). Ce phénomène d’influx ne peut se produire correctement que si la membrane cellulaire est fluide. 12 Mosaïque fluide : Les molécules sont ordonnées, mais se déplacent sans arrêt les unes par rapport aux autres. = cristal liquide v ~ 2 μm / s Si une molécule de phospholipide avait la taille d’une balle de ping-pong (environ 10 millions de fois plus gros), la vitesse serait de 20 m/s soit environ 70km/h À cette échelle, une cellule aurait un diamètre d’environ 200 m Un phospholipide donné change de position avec un autre plus d’un Si une cellule mesure 20 micromètres de diamètre, alors million de fois pas sa circonférence est d’environ 60 micromètres. Il faudrait donc à une molécule de phospholipide qui se déplacerait seconde. 13 en ligne droite (ce qui n’est pas du tout le cas) environ 15 secondes pur aller d’un pôle à l’autre de la cellule. 14 Chaînes de glucides souvent attachées aux lipides (glycolipides) ou aux protéines (glycoprotéines) Ces chaînes de glucides sont faites de divers monosaccharides. Elles sont très variables d’un individu à l’autre. Rôles : Protection phénomènes de reconnaissance (immunité) adhésion cellulaire Les groupes sanguins (système ABO) sont déterminés par 3 glycoprotéines, les glycoprotéines A, B et O, qui diffèrent l’une de l’autre par la composition de leurs chaînes de glucides. Les protéines sont ancrées dans la membrane par leurs portions hydrophobes Régions hydrophiles de la protéine Régions hydrophobes 15 Protéines de la membrane Transport Enzymes Récepteurs glycoprotéines Adhérence entre les cellules Reconnaissance par le système immunitaire 16 Les protéines de transport Plusieurs substances pénètrent dans la cellule en passant par des protéines formant des "tunnels" à travers la membrane. Certains de ces "tunnels" peuvent se fermer ou s'ouvrir. 17 Enzymes Plusieurs enzymes sont disposées dans la membrane (le plus souvent la membrane formant les structures internes de la cellule). Les enzymes de certaines chaînes métaboliques sont parfois disposées côte à côte dans la membrane. 18 Récepteurs Les cellules communiquent entre elles par l'intermédiaire de substances chimiques appelées hormones. Hormone = substance chimique libérée par une cellule et agissant sur une autre cellule Pour agir, une hormone doit se fixer sur un récepteur. Ce récepteur, c'est souvent une protéine de la membrane. récepteur 19 Adhérence entre les cellules Les cellules adhèrent les unes aux autres par l'intermédiaire de protéines de la membrane. Dans une tumeur cancéreuse, des anomalies à ces protéines permettent aux cellules de se détacher de la tumeur principale et d'aller former des tumeurs secondaires (métastases) ailleurs dans l'organisme. 20 Traverser la membrane cellulaire Maintien de l’homéostasie Entrée et sortie de substances Membrane semi-perméable – Membrane perméable à l’eau et imperméable au soluté 21 water crossing the lipid bilayer of the cell membrane by diffusion. the concentration of water in water is extremely high the surface area of the cell membrane is very large (relative to the contained volume) Aquaporins: Cell Membrane Water Pores In some membranes the water flux is very high and cannot be accounted for by water diffusion across lipid barriers. A consideration of this fact lead to the hypothesis that membranes must contain protein which provide an aqueous channel through which water can pass. 22 Traverser la membrane cellulaire : terminologie 23 Perméabilité sélective La double couche de lipides est perméable: Aux molécules très petites (H2O, CO2, O2) Aux molécules liposolubles (hydrophobes, non polaires) La double couche de lipides est imperméable: Aux grosses molécules et à la plupart des molécules polaires Aux ions (K+, Cl-, Na+) 24 Mouvement Brownien Collisions de particules Mouvement aléatoire Le mouvement brownien est une description mathématique du mouvement aléatoire d'une particule immergée dans un fluide et qui n'est soumise à aucune autre interaction que les chocs avec des molécules, relativement petites, du fluide environnant. Simulation de mouvement brownien pour cinq particules (jaunes) qui entrent en collision avec un lot de 800 particules. Les cinq chemins bleus représentent leur trajet aléatoire dans le fluide. 25 Gradient de concentration Différence de concentration d’une substance entre deux zones 26 Une substance diffuse suivant son gradient de concentration : de la zone la plus concentrée à la zone qui l’est moins. Gradient = différence Le gradient de concentration entre deux milieux c'est la différence de concentration entre les deux milieux. 27 membrane perméable Comment la vitesse de diffusion sera-t-elle modifiée si : On élève la température du milieu? On augmente le gradient (la différence) de concentration ? Le nombre de canaux permettant la diffusion augmente ? 28 Les types de transport Le passage de substances à travers la membrane peut se faire: Par transport passif (sans dépense d’ énergie) Par transport actif (avec dépense d’ énergie) 29 30 Transport passif Passage d’une substance à travers une membrane dans le sens du gradient de concentration Ne demande pas d’énergie Trois types – Diffusion – Osmose – Diffusion facilitée Diffusion Déplacement de particules d’une zone de concentration élevée vers une zone de concentration plus faible 31 32 Osmose Diffusion de l’eau à travers une membrane semi-perméable, d’une zone de “forte concentration d’eau” (faible concentration de soluté) vers une zone de “faible concentration d’eau” (forte concentration de soluté) 33 Osmose Côté dilué = hypotonique Côté plus concentré = hypertonique Membrane perméable à l’eau, MAIS pas au soluté 34 L’eau se déplace du côté hypotonique (dilué) au côté hypertonique (concentré en soluté) 35 Osmose 36 L’osmose, c’est l’eau qui se déplace en suivant son gradient de concentration Molécules d'eau libres Molécules d'eau non libres Les molécules de soluté diminuent le nombre de molécules d'eau qui sont libres de se déplacer. L'eau se déplace de l’endroit où les molécules libres sont abondantes vers l’endroit où il y en a moins. 37 Solution isotonique Concentration de soluté à l’extérieur = concentration de soluté à l’intérieur 38 solution hypotonique Concentration de soluté à l’extérieur < concentration de soluté à l’intérieur < : plus petit 39 Solution hypertonique Concentration de soluté à l’extérieur > concentration de soluté à l’intérieur > : plus grand 40 Biologie 11 p 27 figure 1.33 41 Cellules d ’élodée en milieu hypotonique et hypertonique Milieu hypotonique État de turgescence EAU Milieu hypertonique État de plasmolyse Que se produit-il si on plonge des fruits dans du sucre? 42 INTESTIN SANG L’osmose joue un rôle important dans le déplacement des liquides dans l’organisme. LIQUIDE INTERSTITIEL LIQUIDE INTRACELLULAIRE REINS Que se produirait-il si le sang devenait hypertonique ? Et s’il devenait hypotonique ? 43 Exercices Biologie 12 STSE Page 81 nos 4, 9, 10, 11, 13 Page 90 nos 11, 12, 13 44 L’osmose dans une cellule modèle Biologie 11 p 28-29 45 46 La diffusion facilitée Pour les grosses molécules Ou pour les molécules non liposolubles Protéine de transport qui reconnaît une molécule particulière Diffusion facilitée La diffusion se fait par l’intermédiaire d’une protéine de la membrane. N.B. Ne nécessite pas de dépense d’énergie Se fait selon le gradient de concentration 47 Des protéines de la membrane permettent le passage des particules qui ne peuvent pas passer à travers les lipides. En formant des canaux à travers la membrane OU elle s’associent aux molécules à transporter et les déplacent dans la membrane 48 N.B. Ces canaux sont généralement spécifiques : une seule substance bien précise peut les traverser et aucune autre. Donc, ce n'est pas n'importe quelle substance qui peut traverser la membrane = perméabilité sélective. 49 50 http://animations transport passif et transport actif 51 Le transport actif Passage d’une substance à travers une membrane dans le sens contraire au gradient de concentration Nécessite de l’ énergie Fonctionne grâce à une pompe 52 Transport actif : Ressemble à la diffusion facilitée (nécessite un transporteur) MAIS : Besoin d’une source d’énergie (ATP) se fait CONTRE le gradient de concentration Indique une dépense 53 d'énergie Transport actif 54 Exemples de transport actif Cellules rénales : pompent le glucose et les acides aminés de l’urine vers le sang urine sang Glucose Acides aminés énergie Glucose Acides aminés 55 Exemples de transport actif Cellules intestinales : pompent les nutriments des intestins vers les tissus intestin Tissus (cellules) Nutriments Nutriments énergie 56 La pompe du transport actif Protéine de la membrane cellulaire Fonctionne grâce à l’énergie de la cellule 57 Pompe Na-K http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_biocell_Na K_pump.htm http://www.youtube.com/watch?v=2UPqLm-uDnI 58 La pompe sodium-potassium Biologie 11 p 33 figure 1.38 joue un rôle dans le maintien du potentiel de repos des cellules nerveuses, musculaires et cardiaques. 59 Lorsque – 3 ions Na+ à l’intérieur de la cellule – 2 ions K+ à l’extérieur de la cellule Se lient à la protéine de transport Et que de l’énergie (ATP) est utilisée La protéine change de forme et – Les 3 ions Na+ se retrouvent à l’extérieur, et – Les 2 ions K+ à l’intérieur 60 61 Transport actif permet aux cellules de conserver un milieu intérieur différent du milieu extérieur: 62 Transport des macromolécules Exocytose Endocytose 63 pompe sodium potassium 64 Le transport des grosses particules Pour les particules trop grosses pour traverser la membrane cellulaire par transport passif ou actif Endocytose et exocytose 65 L’endocytose « Importation » Entrée de particules vers l’intérieur de la cellule Grâce à la création de vacuoles Biologie 11 p 35 66 3 types d’endocytose Pinocytose Phagocytose Endocytose par récepteurs interposés 67 La pinocytose Ingestion de « petites » particules généralement liquides animation pinocytose 68 La phagocytose Ingestion de grosses particules solides (macromolécules, cellules, bactéries*) animation phagocytose * Effectuée par les macrophages 69 Micrographie électronique de la phagocytose de E. Coli par un macrophage 70 (sur un vaisseau sanguin) L’endocytose par récepteurs interposés Ingestion du cholestérol Biologie 11 p 37 figure 1.41 71 Les molécules de cholestérol sont transportées dans le sang et le fluide extracellulaire en gouttelettes recouvertes d’une couche simple de phospholipides. Les extrémités liposolubles des phospholipides sont dirigées vers l’intérieur (vers le cholestérol) et les extrémités hydrosolubles sont dirigées vers l’extérieur (vers le sang ou le fluide). 72 Chaque gouttelette possède une protéine qui pourra être reconnue par un récepteur de la membrane cellulaire. Lors de la liaison de la protéine avec le récepteur, la membrane se plie vers l’intérieur, formant ainsi une vacuole remplie de cholestérol lié aux récepteurs de la membrane. La vacuole vide ensuite son contenu dans la cellule et les récepteurs et la vacuole sont recyclés. 73 Lipoproteins Good cholesterol (HDL), Bad cholesterol (LDL) Cholesterol is an essential structural component of cell membranes and of the myelin sheaths that insulate the axons of nerve cells. Cholesterol is also a precursor of steroid hormones and of the bile acids necessary for digestion. The liver produces approximately 70% of the cholesterol used by the body, and the other 30% comes from the diet. Lipoproteins are small spherules that transport fats in the body and consist of protein, cholesterol, triglycerides, and phospholipids. The terms "good" and "bad" cholesterol refer to High Density Lipoproteins (HDL) and Low Density Lipoproteins (LDL), respectively. High levels of LDL are associated with coronary atherosclerosis, whereas high levels of HDL appear to protect against cardiovascular diseases. 74 Classification of Lipoproteins There are five main classes of lipoproteins: Chylomicrons Very Low Density Lipoproteins (VLDL) Intermediate Density Lipoproteins (IDL) Low Density Lipoproteins (LDL) High Density Lipoproteins (HDL) Lipoprotein particles range in size from 10 to 1000 nanometers. The largest lipoproteins are about one tenth the size of a red blood cell. The density of lipoproteins increases in proportion to their ratio of proteins to lipids. In general, as the density of a lipoproteins increases, the size of the particles decreases. The outer layer of a lipoprotein consists of a water-soluble (hydrophilic) layer of apolipoproteins, phospholipids and cholesterol. The center of a lipoprotein is composed of cholesteryl esters, triglycerides, fatty acids and fat-soluble vitamins like Vitamin E. 75 Lipoprotein Glossary apolipoprotein a protein that binds to lipids cholesteryl ester a compound of cholesterol and a fatty acid triglyceride phospholipid a compound of glycerol and three fatty acids, an ordinary fat molecule Learn more about fats and fatty acids a compound of glycerol, two fatty acids, and choline phospate, an emulsifier like lecithin 76 Low Density Lipoproteins (LDL) - "Bad" Cholesterol Low density lipoproteins are smaller than IDL, approximately 26 nanometers, and have a density of ~1.04. LDL contains 20-22% protein, 10-15% triglycerides, 20-28% phospholipids, 37-48% cholesteryl esters, and 8-10% cholesterol. One of the protein components of LDL is apolipoprotein B100 which serves to bind the lipoprotein particles to LDL-specific receptors on the surface of many cells. LDL particles bound to the surface of a cell are engulfed and the cholesterol in the LDL particles is used as a structural component of cell membranes or converted to steroid hormones. Apoprotein B is the major protein in all lipoproteins, except high density lipoprotein (HDL). LDL and HDL transport both dietary and endogenous cholesterol in the plasma, but LDL is the main transporter of cholesterol and cholesteryl esters and makes up more than half of the total lipoprotein in plasma. 77 High Density Lipoproteins (HDL) - "Good" Cholesterol High density lipoproteins are the smallest of the lipoproteins. HDL particles have a size of 6-12.5 nanometers and a density of ~1.12. HDL contains approximately 55% protein, 3-15% triglycerides, 26-46% phospholipids, 15-30% cholesteryl esters, and 2-10% cholesterol. HDL contains a large number of different proteins including apolipoproteins such as apo-AI (apolipoprotein A1), apo-CI, apo-CII, apo-D, and apo-E. The HDL proteins serve in lipid metabolism, complement regulation, and participate as proteinase inhibitors and acute phase response to support the immune system against inflammation and parasitic diseases. HDL is produced in the liver and intestine and acts like a scavenger of cholesterol. HDL can bind to cholesterol in cell membranes by using the apo-AI protein to mediate the formation of cholesteryl esters. The apo-D protein in HDL then activates the transfer of cholesteryl esters to VLDL and LDL. HDL also transfers apo-CII and apo-E proteins to chylomicrons and other low density lipoproteins. In the liver, the apo-E protein is used to recognize and absorb the remants of lipoproteins so that excess cholesterol can be removed and converted to bile acids that are excreted into the duodenum (small intestine) through the bile duct. 78 endocytose par récepteurs interposés endocytose par récepteurs interposés 2 79 L’exocytose Envers de l’endocytose Exportation Sécrétion d’hormones 80 81 82 Perméabilité sélective La structure de la membrane (hydrophobe au centre, hydrophile aux surfaces) lui donne des propriétés importantes. Les molécules hydrophobes peuvent passer à travers une couche lipidique facilement en se dissolvant dans les lipides. Les grosses molécules polaires par contre (i.e. sucres) et les ions (H+, Na+, K+) ne peuvent traverser une couche lipidique. C'est grâce aux protéines membranaires que ces molécules peuvent traverser une membrane cellulaire. Ces protéines sont des protéines de transport spécifiques. 83 Perméabilité sélective Type de particules Type de transport petites molécules non polaires et hydrophobes (O2, N2, Diffusion simple (Passent à travers la couche lipidique en se dissolvant). glycérol,CO2, acides gras) ions (H+, Na+, K+) Passent à travers les protéines transmembranaires Diffusion facilité Transport actif sucres Passent à travers les protéines transmembranaires Diffusion facilité Transport actif Grosses molécules Endo/exocytose bactéries Phagocytose 84 animation transport 85 Exercices Biologie 12 STSE page 90 nos 14, 21, 27 86 La synthèse des protéines 87 La synthèse des protéines La transcription ADN ARNm 88 La synthèse des protéines La traduction ARNm ARNt + acide aminé Chaîne d’acides aminés protéine 89 90