Chapitre 1: Biologie Cellulaire - Notes de Cours PDF

# Chapitre 1: Biologie Cellulaire ## M. Valcont ### Ultrastructure: Comment on les reconnait au microscope électronique. ## Chapitre 1: Les membranes biologiques - MP: membranes des organites intracellulaires - 2 fonctions: - Délimiter le &, maintenir un milieu interne différent du milieu e...

# Chapitre 1: Biologie Cellulaire ## M. Valcont ### Ultrastructure: Comment on les reconnait au microscope électronique. ## Chapitre 1: Les membranes biologiques - MP: membranes des organites intracellulaires - 2 fonctions: - Délimiter le &, maintenir un milieu interne différent du milieu ext. - Membranes organites spécialisés à leur fonction. - Perméabilité sélective des membranes compartimentales. - La MP est une structure continue en continuité translataire (ou fonctionnelle avec le système endomembranaire): - RE - Golgi - Lysosome - Vésicules/Vacuoles - Endosomes - Membrane nucléaire externe - Échange de matière via un transport vésiculaire. - Surface importante de certains organites ≠ MP ## I) Composite chimique et architecture moléculaire des membranes biologiques ### 1) Composite chimique global: - Modèle d’étude: les globules rouges car anucléés. - MP des rhodoplastes avec l’hémoglobine. - Facile à récolter et pas cher. - Lyse cellulaire: éclatement d’un seul point qui conduit à la membrane. - Protéines (50 à 70% de la masse sèche des membranes) - Lipides (30 à 50%.) - Sucres (5 à 10%) - jamais libres, associés aux protéines ou aux lipides. - Pas toujours la même composition en protéines suivant le type cellulaire. - Membrane plasmique et mitochondrie interne: dépendance en protéines lie à la fonction; chaine respiratoire + production ATP. ### 2) Lipides dont plusieurs centaines (voire milliers) de lipides membranaires #### 4 fonctions essentielles: - Charpente - Stocker + énergie - Servent de signal de ciblage de protéines à la membrane par la communication cellulaire - Les 3 phosphates vont être phosphorylé par les protéines de signalisation (phosphatidilinositol 3,4,5-triphosphate): relocalisation cellulaire - Véhiculent des infos, en tant qu’hormones (stéroïdes) - En tant que seconds messagers intracellulaires - Les phospholipides (majoritaires) - Lipides membranaires dérivés du glycérol = glycérolipides. ### 2 catégories: - Glycérophospholipides (= phosphoglycérides) - 40% à 60% des lipides membranaires - 4 éléments: - Squelette à 3 carbones (glycérol) - 2 chaines d’acide gras estérifiées au niveau des C1et C2 du glycérol: Chaines hydrocarbonées saturés en C1, mono ou poly-insaturées en C2 - Acide phosphorique estérifié au niveau du C3 du glycérol. - 1 alcool: éthanolamine, choline, serine, inositol (surtout pour être phospholipides) - Acide phosphatidique= glycérol + 2 chaines d’acide gras + acide phosphorique: Glycérol phosphate, alcool polaire (hydrophile) - 2 chaines d'AG: apolaire - Glycéroglycolipides: - squelette à 3 C - Chaines d'AG en C1et C2 - ose (sucre) estérifiée en C3 - Lipides membranaires dérivés de la sphingosine: sphingolipides - Alcool aminé avec une longue chaîne hydrocarbonée (C 12 à 18) ### 2 types sphingolipides: - Glycosphingolipides - Sphingosine - 1 chaine attachée au C1 par une liaison amide. - 1 ou plusieurs ose (s) estérifiés au C1 de la sphingosine. - Gros molécules: famille des cérébrosides (présents ds les gaines de myéline) - Osas chargés: gangliosides (ds la matrice lipidique) - Amphiphile: toute polaire, 3 premiers carbones de la Spingosine. - Sphingophospholipides= sphingomyéline : - Sphingosine - AG (amide) - Acide phosphorique estérifié sur le C1 de la sphingosine - Alcool estérifié - Les AG greffés sur les glycérols ou la sphingosine - 14 à 20 atomes de carbone - Myristate: 14 C, saturés: pas doubles liaisons - Palmitate: 16 C, saturés - Stéarate: 18 C - Oléate: 18 C, 1 double liaison (monoinsaturé) - Arachidonate: 20 C, 4 doubles liaisons (polyinsaturé) - Rôle de la conformation et fonction des lipides - Configuration linéaire ou courbure, cis ou trans, fluidité membranaire. ## Les membranes biologiques ## 1) Propriétés physiques - chimio. - Prof membranaires : nombreuses et diverses. - Diversité des propriétés physico-chimique: ### - Structure: - 1 ou plusieurs hélices α, 1 ou plusieurs ss-unité - Transporteurs, échange molécules, cons - Récepteurs de signaux extra et transduction (propager), prot d’adhérences entre 4, reconnaissance - Enzymes: transforment l’énergie (memb int mitochondrie), transduction des signaux ## II) Propriétés des membranes biologiques (x3) ### 1) Fluidité membranaire - Tous les composants bougent. #### a) Mouvements des lipides - 3 types de mvmt: - Diffusion latérale ds plan de la membrane: 107 mvmt par seconde, fréquent - 1 nm/s = rapide, taux de la & en bus - Rotation sur place: fréquent et rapide (ms) - Changement de feuillet: transloquer, flip-flop: rare, réalisé par des enzymes translocase de phospholipide (flipases), fréquent ds bicouches biologiques #### b) Mouvements des protéines: - Diffusion latérale et rotation sur place (pas de flip-flop) #### c) Limitation: Srécepteur qui interagit avec le cytosquelette: les protéines ne peuvent pas diffuser. Complexes stables, reconnaissance, adhérence entre 2. #### d) Régulation: - Interations hydrophobes: structures continues et stables - Paramètres externes et internes: - Tot AG: sensible à la composition en AG des lipides, à l’agitation thermique membranaire - Tot sécrétissement dans la & - Interaction entre 2 - Les lipides adjacents - + fluide - To membrane - + épaisse et + rigide - Engendre des chaines - Fluide (@ interaction) - Rigide (@interaction) - Satura ou insaturé - Le cholestérol: rigide au niveau du cycle et crée des soupes et positions avec autres lipides: régulateur, important de la fluidité, effet varie en fonction de la concentration. ### Technique de FRAP: - Marquage anticorps + fluorochrome - (mol organique excite avec lumière va émettre en retour une lumière ds autre longueur d’onde) - Microscope à fluorescence nécessaire - Élimine irréversible de la fluorescence du fluorochrome - Permet de connaître la vitesse des mvts. ## 2) Asymétrie membranaire #### a) Due aux lipides: - La composition des lipides de part et d’autre des feuillets est différente - La sphingo et phosphatidilcholine: feuillet externe - Phosphatidylethanolamine et phosphatidylsérine: feuillet interne - Ds le processus d’apoptose, échange de phosphatidylsérine soral par les macrophages. #### b) Due aux protéines et sucres - Sucres toujours retrouvés sur le versant extra de la MP et luminale du système endomembranaire - Pont disulfure toujours domaine extra, milieu oxydant nécessaire (au lumière du système endomembranaire) - Cytoplasme= environnement réducteur (jamais pdt) - Prot: domaine extrad du transmembranaires + long que domaine cytosolique. ### Microdomaines membranaires: - Membranes pas homogènes - Radeaux lipidiques: très riches en cholestérol, glycosphingolipides, sphingophospholipides, glycoprotéines - 50-70 nm de Ø et épaisseur importante car AG longs et saturés. - Prot impliquées ds le transports membranaires, transduction des signaux (récepteurs + mat intra de la signalisation) - Liaisons de type H entre elles, les constituants ne peuvent pas se mouvoir indépendamment, mvmt en blocs. ### 3) La perméabilité membranaire - Perméabilité sélective: - Perméation: Transport de molécules sans mouvement de membrane. - Loi de la diffusion (de Fick): Phénomène physique, concerne les gaz et les solutés dissouts ds un solvant. - Mouvement brownien: collision constante entre molécules - Déplacement du concentré vers le concentré - S’applique à des situations biologiques (membranes biologiques). #### Exp sur membranes moires: - La perméabilité des molécules polaires non chargées dépend de leur taille. - Mécanismes spécifiques pour le transport d’ions > protéines intrinsèques. #### A) Transport passif sans protéines intrinsèques: - Diffusion simple, ds le sens du gradient de [C], pas d’énergie, concerne peu de molécules O2, CO2, NO, molécules hydrophobes, éthanol - Proportionnelle à la [C] de la molécule à transporter #### B) Transport passif avec protéines intrinsèques: - Diffusion facilitée: sans mvt, canaux hydriques, diffusion saturée, rapide. - Transporteus spécifiques de la mal à transporter qui peuvent être inhibés. - Canaux hydriques (= aquaporines): - 4 canaux reliés entre eux. - Chacun est constitué d’un polypeptide, extrémités ds le cytoplasme et 6 hélices α - Petit pour ne transporter que les molécules d’eau. - Débit important: 12 milliards mol d’eau/sec. - 12 aquaporines: AQP1 ds le globule rouge, & endotheliales, tubules proximaux du rein, AQP2 au niveau des tubules collecteurs du rein. - Fonctionne de manière indépendante, tjrs ouvert, en fonction de la pression osmotique. - Transporteurs (ou facilitateurs) - Mol polaires, tout chargées - Plusieurs milliers mais structure conservée - 1 seul polypeptide, extrémités ds le cytosol, 12 transmembranaires (hélices α) rahemnt de 10 à 14 segments - 6- dimères pour créer un transporteur fonctionnel. - Ex: le glucose: GLUT - Toujours ouvert du côté où la molécule est la plus concentrée, liaison spécifique, changent de conformation, libération conformation initiale - Transport passif des ions: - Gd déséquilibre ds [c] des ions de part et d’autre de la MP - [c]Na+ extrêment basse en intrad - Canaux ioniques forment des ponts aqueux. - État formé et ouvert en présence de stimulus. - Les régules l’ouverture. - Qui est brève et transitoire. Permet le passage d’un gd nb d’ions ds le sens du gradient électrochimique (gradient de [C] et charge électrique membranaire). - Modifiant l’amp électrique membranaire: canaux potentiel-dépendants - Fixant d’un ligand: canaux ligand-dépendants - rôle de récepteur et transport extra ou intra. - Mvt, ions, nucléotides, prot. - Tensions mécaniques: canaux mécano-sensibles (sprat Riezo). - Gradient ds: - Ex: récepteur nicotinique de l’acetylcholine ds synapse neuro-neuronale, jonction neuromusculaire - Pentamère (5 su): 2 sua, 1 su B, 1 su, α4β2, γ - NH2 chaque su à 4 hélices α avec charges. - Transport de Na+ et K+ - 2 mol d’ACh se fixe sur une su & ouverture et passage de 25x106 ions/sec. - Molécules inhibitrices: toxines issues de venin de serpent: - a bungarotoxine (antagoniste fort) - Se fixe sur sua (irréversible mais inonique) - N’inhibant pas l’ouverture du canal - Paralysie, mort par asphyxie. - Cobratoxine: antagoniste compétitif - Se fixe en sua, non couverture des canaux mais paralysie transitoire car fixat reversible. - **Rôles des transports actifs secondaires** - **La Nat/K+ ATPase** - Tétramère: 2 sub (régulatoires) et 2 αsub (passage des ions). - Chaque αsub va faire sortir 3 Na+ contre le gradient et faire rentrer 2K+ contre leur gradient. - 3 sites de liaison au Na+, 2 aux ions K+, 1 site de fixation de l'ATP, 1 activité enzymatique intrinsèque capable d’hydrolyser l’ATP et d’autophosphoryler la suα au niveau cytosolique. - **Étapes** - Fixation de l’ATP sur la suα. - Autophosphorylation de la suα au niveau cytosolique. - Hydrolyse de l’ATP par la suα et autophosphorylation sur la région cytosolique de la suα (due au Na+) - Changement de conformation (due à P) - Changement d'affinité des sites de fixation: 3 Na+ sortent de la sub - Affinité pour les ions K+ fixés sur les sites (x2) - Déphosphorylation de la suα - Changement de conformation qui revient à son état initial. Changement d’affinité - Libération du K+ au cytosol. - **Inhibée par l’ouabaïne et digitaliques** - Les os en cas des insuffisances cardiaques congestives. ## Fonctions: - Curare: paralysie transitoire, utilisée en chirurgie. ## C) Transport actif avec protéines intrinsèques - **Sens opposé des gradients** #### - Primaire: (avec énergie) - Les protéines hydrolysent directement l’ATP et l’énergie ainsi que pour Mopulser la mol. - Utiliser au couplage. - Ex: Na+/K+ ATPase. #### - Secondaire: PAS d’énergie: 1 des 2 molécules est transportée contre le gradient grâce au transport d’une autre molécule qui va ds le sens du gradient - 4 SG-1 - Co-transports symport et antiport - Soduim, glucose transportés en une #### - 2) H+ crée le gradient électrochimique. - **Primaires:** réalisés par des pompes: - Cationiques ATPases - ABC #### Pompes cationiques ATPase : - 1/3 de l’ATP pour assurer un fonction. - Maintenir des gradients chimiques ou électriques à travers les membranes: fonction principale. - Surréguler [c] de certains compartiments intrads et de certains milieux extra (H+/K+ ATPase) - Régulation du volume & par osmose - Régulation du potentiel membranaire ds les & excitables - Favoriser la transduction des signaux en maintenant Ca à l’état basale. - Les transporteurs ABC: tgo famille de transporters actifs primaires (1 de 500), ds espèces. - Transportent= molécules, ne génère pas de gradient (lipides, aucides, AA, ions, mol. hydrophobes, madors) - @ spécifiques (1, plusieurs en famille de substrats) ## Structure conservée: 6 hélices α et ATP Binding assette - **Étapes:** - Polypeptides: 2, 3 ou 4; euc: lou 2 - Influx: substrat de fine d’une chambre de substrat, rapprocha les 2 domaines cytosoliques, 2 maraudes se fixent lagunes s’ouvrir. Un site changeant de conformation, perte de l’affinité, libération hydrolyse des mol d’ATP, revenir à sa conformation initiale. - **Ex: CFTR (CP-)** - Four épithéliales des systèmes digestif et respiratoire. - **CFTR permet d’hyrdrater le mucus.** - **MDR: Multi Drug Resistance:** - ds it, les 4, offlux - **Transport actif secondaire:** - Ex. Transport du glucose par l’entérocyte: - **Sodium Glucose Transporter 1 (SGLT1): symport** - **Glut 2: Transporter passif de glucose** - Le glucose devra passer ds les entérocytes, compartimenter biochimiquement, pôle apical et basolatérale avec composition +.