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LA MEMBRANE CELLULAIRE: MODÈLE DE LA MOSAIQUE FLUIDE Avant Objectif d’apprentissage Je dois décrire le modèle de la structure mosaïque fluide des membranes cellulaires Je dois expliquer la dynamique du transport passif Je dois expliquer la dynamique du transport actif Je dois...
LA MEMBRANE CELLULAIRE: MODÈLE DE LA MOSAIQUE FLUIDE Avant Objectif d’apprentissage Je dois décrire le modèle de la structure mosaïque fluide des membranes cellulaires Je dois expliquer la dynamique du transport passif Je dois expliquer la dynamique du transport actif Je dois expliquer les processus d’exocytose et d’endocytose. Définitions Un phospholipide est un lipide composé de glycérol, de deux queues d'acide gras et d'une tête constitué d’un groupement phosphate. La concentration est la quantité de substance par rapport au volume du solvant. Hypotonique: c’est un milieu qui contient plus de molécule d’eau que de soluté Hypertonique: c’est un milieu qui contient moins de molécule d’eau et plus de soluté Fonctions de la membrane plasmique La membrane plasmique a pour rôle essentiel de séparer le contenu cellulaire de l’extérieur, tout en maintenant des échanges et des communications, de façon contrôlée Elle autorise ou non le passage de certaines molécules et ions et en contrôle les flux entrants et sortants La membrane plasmique participe aussi à la reconnaissance de signaux et de molécules comme les neurotransmetteurs ou des hormones provenant du milieu extracellulaire, par le biais de récepteurs moléculaires spécifiques qu’elle contient. Le modèle de la mosaïque fluide « La membrane plasmique constitue une structure dynamique. Le modèle principal décrivant cette dynamique est celui de la mosaïque fluide (proposé par Singer et Nicholson en 1972). Selon ce modèle, phospholipides et protéines membranaires sont libres de se mouvoir au sein de la membrane. » Les constituants de la membrane cellulaire https://www.youtube.com/watch?v=KjY6ruVXoG4 La membrane cellulaire est constituée de: Phospholipide Protéines (intra membranaires, extra membranaires, transmembranaires) Des glucides La membrane plasmique La membrane plasmique est majoritairement composée de lipides, particulièrement de phospholipides, entre lesquels des protéines peuvent s'insérer. Elle est la membrane qui délimite une cellule. Elle sépare l'intérieur de la cellule (le cytoplasme) du milieu extérieur. Seule la membrane des cellules animale contiennent le cholestérol. Les membranes des bactéries et des cellules végétales n’en contiennent pas. La membrane plasmique Les phospholipides Un phospholipide est un lipide composé de glycérol, de deux queues d'acide gras et d'un un groupement phosphate. Les phospholipides sont les constituants majoritaires de la membrane plasmique. Les phospholipides forment une double couche appelée bicouche lipidique qui est relativement imperméable aux passages de la plupart des molécules hydrosolubles (soluble dans de l’eau). Les phospholipides sont des molécules amphiphiles car elles sont formées d’une tête hydrophile et d’une queue hydrophobe, La tête hydrophile est le groupement phosphate et les molécules qui s’y rattachent. La queue hydrophobe est formée de glycérol et d’acides gras. Un phospholipide Les phospholipides Les phospholipides qui possèdent une extrémité hydrophile, c'est-à-dire aimant l'eau, et une extrémité hydrophobe, qui au contraire craint l'eau Les têtes hydrophiles des phospholipides dans la bicouche lipidique sont orientées vers l'extérieur. Ces têtes peuvent interagir avec de l’eau. La partie hydrophobe, ou “ayant peur de l’eau,” du phospholipide est composé de ses longues queues d’acides gras non polaires. Le cholestérol La membrane des cellules animales contiennent des molécules de cholestérol, qui les rend rigide et augmente leur imperméabilité vis-à-vis des molécules hydrophiles. Les protéines membranaire Les protéines membranaires ont pour fonction de: transport de molécules à travers la membrane Assure la communication entre les cellules adhésion sur des surfaces Réception de signaux de l'environnement Enzymes catalytiques de réactions associées à la membrane Des protéines de liaison de cellules entre elles ou à la matrice extracellulaire Des récepteurs pour les hormones, facteurs de croissance Certaines protéines membranaires intégrales forment un canal qui permet l’entrée ou la sortie des petites molécules. Les glucides Enfin, elle a besoin de glucides (sucres et chaînes de sucre), qui ornent à la fois les protéines et les lipides et aident les cellules à se reconnaître mutuellement. Les glucides sont présents que sur la surface extérieure de la membrane plasmique, et sont soit attachés à des protéines, ce qui forme des glycoprotéines, soit attachés à des lipides, ce qui forme des glycolipides. Les glucides Les glucides permettent aux cellules de se reconnaître mutuellement. Ils sont des marqueurs qui permettent aux cellules de se distinguer. Ainsi, ces marqueurs sont très importants dans le système immunitaire. Car ils permettent aux cellules immunitaires de différencier les cellules du corps qu’elles ne devraient pas attaquer, des cellules étrangères ou tissus étrangers, qu'elles devraient attaquer. La perméabilité sélective La membrane plasmique a une propriété de laisser passer certaines molécules et pas d’autres. On parle de perméabilité sélective. Les facteurs qui affectent la perméabilité sélective La taille et la forme de la molécule Le diamètre des pores La structure de la membrane La charge électrique de la membrane et des particules La solubilité des particules dans l’eau La température Le transport membranaire Les transport membranaires sont: https://www.youtube.com/watch?v=0fLHth1NYU0 Les transports passifs (la diffusion simple, la diffusion facilité et l’osmose) Le transport actif Les transports passifs Les transports passifs sont des transport qui ne nécessitent pas d’énergie. Ils agissent avec le gradient de concentration. La diffusion simple C’est le phénomène par lequel les petites molécules non polaires traversent la membrane cellulaire du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré. Exemple l’oxygène ( qui diffuse de l’extérieur vers l’intérieur de la cellule) Le CO2 qui diffuse de l’intérieur vers l’extérieur de la cellule) https://www.youtube.com/watch?v=ccmOhZ-Uens La diffusion facilité C’est le processus par lequel les molécules vont traverser la membrane cellulaire grâce à des protéine de transport (des perméases ou des canaux ioniques). Les molécules vont diffuser selon leur gradient de concentration c’est-à- dire du milieu où elles sont le plus concentrées vers le milieu où elles sont le moins concentrées. Exemple le passage du glucose et des acides aminés dans les cellules. Ces molécules diffusent du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré grâce aux perméases. Les ions diffusent grâce aux canaux ioniques. Exemple: les ions potassium diffusent de l’intérieur vers l’extérieur des cellules. https://www.youtube.com/watch?v=Egmw4-n1UeU Les différents types de protéines de transport Les protéines de transport changent de forme pour laisser passer les molécules à travers la membrane plasmique. On distingue différents types de protéine de transport: Uniport : elle assure le transport d’une seule substance. Co-transporteur Symport : elle assure le transfert d’un soluté qui dépend du transfert d’un second soluté dans le même sens. Ex : le glucose et le sodium. Co-transporteur Antiport : elle assure le transport simultané de deux substances en sens opposé. L’osmose C’est le passage des molécules d’eau d’un milieu moins concentré ( hypotonique = qui contient plus de molécule d’eau) vers un milieu plus concentré ( Hypertonique = qui contient moins de molécule d’eau) https://www.youtube.com/watch?v=RYk6fGx18ZI https://www.youtube.com/watch?v=s5AYcKkiVyE Plasmolyse, turgescence, équilibre dynamique Lorsque le milieu à l’extérieure de la cellule est plus concentré ( hypertonique) l’eau passe du milieu intérieur de la cellule vers le milieu extérieur. La cellule qui perd de son eau peu subir une plasmolyse s’il s’agit d’une cellule végétale. Ou alors elle devient crénelée s’il s’agit d’une cellule animale. Dans la cellule végétale, lors de la plasmolyse, la membrane cellulaire se détache de la paroi cellulaire car celle-ci est une structure rigide et ne se contracte pas. La turgescence arrive lorsque le milieu extérieur de la cellule est hypotonique ( moins concentré). Alors la cellule absorbe de l’eau. Lorsque cette absorption d’eau est excessive, dans le cas de la cellule animale, elle s’éclate. Alors ont dit qu’il y a eu lyse de la cellule. L’équilibre dynamique c’est lorsqu’il y a isotonie. Alors la concentration à l’intérieure de la cellule est égale à la concentration à l’extérieure de la cellule. Plasmolyse, turgescence, équilibre dynamique Chez la cellule animale: cas des globules rouges Le terme "plasmolyse" n’est pas employé pour des cellules animales. On dit plutôt qu’elles ont un aspect crénelé car elles ne possèdent pas de paroi cellulaire. L’entrée d’eau est en jaune La sortie d’eau est en vert Plasmolyse, turgescence, équilibre dynamique Chez la cellule végétale En -1- Il y a plasmolyse de la cellule En -2- c’est l’équilibre dynamique de la cellule En -3- Il y a turgescence de la cellule 1 2 3 Exercices Exercices 10 à 15 page 90 Exercices 19 à 24 page 74 41 à 45 page 92 Le transport actif Le transport actif nécessite de l’énergie. Il agit contre le gradient de concentration. Il déplace les molécules d’un milieu où elles sont moins concentrées vers un milieu où elles sont plus concentrées. Exemple: la pompe sodium potassium. Ces pompes utilisent de l’énergie pour transporter ses ions contre le gradient de concentration. Les ions sodium Il existe le transport actif primaire et le transport actif secondaire. Voir p 76 et 77 du manuel https://www.youtube.com/watch?v=nBZ9_0v6XNI&t=5s Faire une petite recherche sur l’importance des pompes sodium potassium Le transport actif primaire Le transport actif primaire nécessite l’hydrolyse de l’ATP pour se produire. Le transport actif secondaire Au cours du transport actif primaire, il se forme une différence de concentration de part et de la membrane appelé gradient électrochimique. Le gradient électrochimique stocke l’énergie potentielle qui est utilisé lors du transport actif secondaire. Une protéine utilise le gradient électrochimique pour transporter d’autres molécules à travers la membrane cellulaire. Voir p 76 et 77 du manuel Le transport actif secondaire L’énergie provient de l’énergie stockée sous forme de différence de concentration dans un deuxième soluté. Le transport actif Le transport des macromolécules Le transport des macromolécules est assuré par les mécanismes d’endocytose et d’exocytose. La membrane plasmique peut se replier sur elle-même pour former des petits sacs appelés vacuoles. L’endocytose crée les vésicule. L’exocytose détruit les vésicules. L’endocytose En fonction de la taille de la particule absorbée, il y a deux processus d’endocytose: La phagocytose qui est absorption des grosses particules au moyen de vésicules dont le diamètre est toujours supérieur à 250 nm. La pinocytose qui est l’absorption des fluides et des particules de petites tailles dont les vésicules formées ont un diamètre de maximum 150 nm. L’endocytose L’endocytose par les récepteurs fait appel à la reconnaissance par des récepteurs membranaires qui se lient ensuite aux molécules pour les faire entrer dans la cellule. C'est, entre autres, le cas pour les molécules de cholestérol. L’endocytose par récepteur d’une particule se déroule en plusieurs étapes: D’abord la molécule s’adresse à un puits d’endocytose (ou puits mantelé), Ensuite elle se fixe sur la face interne de la membrane d’un réseau protéique qui comprend la clathrine, Puis les molécules se polymérisent et migrent vers la vésicule; Enfin les clathrines se détachent de la paroi de la vésicule, laquelle devient une vésicule lisse. Schémas de l’endocytose La phagocytose La pinocytose Les fonctions de l’endocytose Recevoir des nutriments. Entrée des agents pathogènes Migration et adhésion des cellules Récepteurs de signaux. Décomposer et éliminer les antigènes microbiens à l’aide de cellules phagocytaires. Les protozoaires tels que les amibes utilisent la phagocytose pour piéger et digérer les nutriments (aliments) L’absorption des nutriments par les villosités intestinales dans l’intestin grêle Transport des fer-transferrines dans l’endocytose à médiation par récepteurs Absorber le cholestérol qui est lié au mauvais cholestérol (lipoprotéines de basse densité) dans l’endocytose à médiation par récepteurs L’exocytose C’est le mécanisme qui permet d’expulser les molécules de la cellule à travers la membrane cellulaire. L’exocytose peut être régulée ou peut être consécutive. L’exocytose régulée est une réponse selon le déclenchement. Exemple: la libération des neurotransmetteurs L’exocytose consécutive quant à elle a lieu constamment dans la cellule selon leur fonction. Schéma de l’exocytose Les fonctions de l’exocytose Libérer des enzymes, des hormones, des protéines et du glucose qui seront utilisés dans d’autres parties du corps. Communiquer les mesures de défense contre une maladie. Expulser les déchets cellulaires. Le transport des protéines et des lipides est utilisé pour réparer la membrane cellulaire après l’endocytose. Transport des hormones de glucagon et d’insuline du pancréas au foie pour leur dégradation et leur utilisation par l’organisme en fonction du taux de sucre corporel. Transport de signaux chimiques entre les cellules permettant la communication cellulaire. La transmission synaptique de l’information dans les neurones. Exercices Exercices 25, 26, 27, 28, 29, 30 p 77 1,2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, p 81 Exercice 56, 52, p 93 Exercices 12, 14, 15, 19, 21 p 90
