Structure et fonction de la membrane plasmique Bi Biologie 11F M. E. McIntyre

1. Structure et fonction de la membrane plasmique Bi Biologie 11F M. E. McIntyre

2. La surface de membrane à l'intérieur de la cellule est souvent plus grande que la surface autour de la cellule. • Frontière entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule • Contrôle des entrées et des sorties de la cellule (échanges cellulaires) • Compartiments intérieurs de la cellules (organites membranaires)

3. Épaisseur : 7 à 8 nm • Deux feuillets visibles au microscope électronique Structure de la membrane Il faudrait superposer 10 000 épaisseurs de membrane pour obtenir l’épaisseur d’une feuille de papier. Photographie au microscope électronique d'une membrane 1 nm (nanomètre) = 1/1000 de µm

4. Composition chimique • Lipides • Phospholipides • Cholestérol (15% à 50% des lipides) • Protéines • Glucides

5. Groupement phosphate polaire hydrophile Acides gras non polaires hydrophobes Comportement des phospholipides face à l'eau:

6. Les phospholipides mélangés à l’eau peuvent former des liposomes, petites sphères formées d’une double couche de molécules.

7. 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

8. Cholestérol (15% à 50 % du total des lipides) LIPIDES • Phospholipides (deux couches) Cholestérol : rôle dans le maintien de la fluidité de la membrane http://www.chez.com/urbslawek/cholester.html

9. saturé insaturé Les acides gras insaturés sont courbés (les saturés sont rectilignes). double liaison Acide oléique (insaturé) Acide palmitique (saturé)

10. Interactions hydrophobes entre acides gras L’eau repousse les molécules hydrophobes qui se tassent les unes sur les autres N.B. Les molécules de phospholipides ne sont pas liées entre elles par des liaisons covalentes Cohésion des molécules due : • forces de Van Der Waals entre les acides gras

11. Les acides gras insaturés augmentent la fluidité de la membrane. Plus les molécules peuvent se rapprocher, plus les forces de Van Der Waals sont importantes. C’est pourquoi, par exemple, les gras saturés sont solides à la température de la pièce.

12. Les molécules sont ordonnées, mais se déplacent sans arrêt les unes par rapport aux autres. Mosaïque fluide : = cristal liquide v ~ 2 m / 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 million de fois par seconde.

13. Peut varier facilement sa taille Si on ajoute des molécules de phospholipides, celles-ci se joignent aux autres et la membrane s’agrandit. Inversement, elle peut réduire sa taille si on enlève des molécules. Permet à une sphère de se diviser Il suffit de resserrer l’équateur d’une sphère pour obtenir deux sphères. Propriétés d’une membrane de phospholipides : Peut se réparer d’elle-même Si la membrane est percée ou déchirée, les molécules de phospholipides qui s’étaient écartées les unes des autres peuvent à nouveau se rapprocher et fermer l’ouverture. Deux sphères peuvent fusionner pour en former une plus grande

14. Les protéines sont ancrées dans la membrane par leurs portions hydrophobes Régions hydrophiles de la protéine Régions hydrophobes

15. Expérience démontrant la mobilité des protéines de la membrane.

16. 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. Les groupes sanguins (système ABO) sont déterminés par 3 glycoprotéines, glycoprotéines A, B et O, qui diffèrent l’une de l’autre par la composition de leurs chaînes de glucides.

18. Protéines de la membrane • Transport • Enzymes • Récepteurs • Adhérence entre les cellules • Reconnaissance par le système immunitaire

19. Certains de ces "tunnels" peuvent se fermer ou s'ouvrir. = valves nanotechnologiques Transport Beaucoup de substances pénètrent dans la cellule en passant par des protéines formant des "tunnels" à travers la membrane.

20. Canal de membrane

21. Les enzymes de certaines chaînes métaboliques sont parfois disposées côte à côte dans la membrane. Enzymes Plusieurs enzymes sont disposées dans la membrane (le plus souvent la membrane formant les structures internes de la cellule).

22. Pour agir, une hormone doit se fixer sur un récepteur. Ce récepteur, c'est souvent une protéine de la membrane. hormone Cellule insensible à l'hormone récepteur Cellule sensible à l'hormone Récepteurs Les cellules communiquent entre elles par l'intermédiaire de substances chimiques appelée hormones. Hormone= substance chimique libérée par une cellule et agissant sur une autre cellule

23. 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.

25. Reconnaissance par le système immunitaire • Le système immunitaire doit pouvoir distinguer ses propres cellules des cellules étrangères. • L’identification des cellules se fait par la reconnaissance de glycoprotéines spécifiques à la surface des cellules : protéines CMH (complexe majeur d’histocompatibilité) (HLA en anglais). • Ces protéines sont très variables d’un individu à l’autre : il y en a 20 sortes différentes environ et chaque sorte peut exister en plus de 50 variétés différentes. • Il n’y a pas deux individus (sauf jumeaux identiques) possédant les mêmes protéines CMH. • Responsables du rejet lors des greffes : le système immunitaire attaque toute cellule présentant des protéines CMH différentes de celles qu’il connaît (les siennes).

26. Chaque individu possède les 5 protéines différentes sur ses cellules. Il y a autant d’individus différents qu’il y a de combinaisons possibles. Combien dans ce cas? Supposons 5 protéines pouvant exister en 4 variétés différentes chacunes. En réalité, il y a plus de 20 protéines différentes qui peuvent exister en plus de 50 variétés différentes chacune.

27. 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+)

28. Forment des canaux à travers la membrane • OU • s’associent aux molécules à transporter et les déplacent dans la membrane Des protéines de la membrane permettent le passage de ce qui ne peut passer à travers les lipides :

29. 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.

30. Les canaux de la membrane sont souvent formés de plusieurs sous-unités :

32. Les unités protéiques formant les canaux peuvent parfois modifier leur forme le canal peut s'ouvrir et se fermer

33. Canal fermé Canal ouvert

34. Exemple: canal ionique permettant le passage d’anions

35. Transporteurs de membrane: • Certains peuvent se fermer et s’ouvrir • Sont souvent très sélectifs

36. Les transporteurs peuvent se faire et se défaire rapidement ==> leur nombre peut varier DONC la perméabilité de la membrane à certaines substances peut se modifier Exemple : effet de l’insuline • Insuline sécrétée par le pancréas • Insuline  augmente la perméabilité des cellules au glucose en faisant augmenter le nombre de protéines qui transportent le glucose dans les membranes; sans insuline, les cellules sont presque imperméables au glucose (pas assez de transporteurs) • Donc, insuline a pour effet de faire baisser le taux de glucose sanguin (le glucose présent dans le sang pénètre dans les cellules) Voir Physiologic Effects of Insuline (cliquez sur le bouton « Add Glucose » dans la figure au centre de la page)

37. Transport passif Passage de substances à travers la membrane peut se faire: • Par transport passif (sans dépense d’énergie) • Par transport actif (avec dépense d’énergie)

38. Transport passif: • Diffusion simple • Diffusion facilitée • Osmose

39. Diffusion simple

40. 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.

41. 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 ?

42. A C B Quelle serait l'allure de la courbe illustrant la variation de concentration dans le compartiment de gauche en fonction du temps?

43. Diffusion facilitée La diffusion se fait par l’intermédiaire d’une protéine de la membrane. • N .B. • Pas de dépense d’énergie • Se fait selon le gradient de concentration

45. Côté plus concentré = hypertonique Côté dilué = hypotonique Membrane perméable à l’eau, MAIS pas au soluté Osmose

46. L’eau se déplace du côté hypotonique (dilué) au côté hypertonique (concentré en soluté)

47. Molécules d'eau libres Molécules d'eau non libres L’osmose, c’est l’eau qui se déplace en suivant son gradient de concentration Les molécules de soluté diminuent le nombre de molécules d'eau qui sont libres de se déplacer. L'eau se déplace de là où les molécules libres sont abondantes à là où il y en a moins.

48. = Pression osmotique Pression exercée par le poids de la colonne d’eau (= pression hydrostatique) Poids de la colonne d ’eau

49. On peut inverser le mouvement des molécules d’eau en exerçant une pression supérieure à la pression osmotique = OSMOSE INVERSE L’osmose inverse permet, par exemple, de dessaler l’eau de mer ou de concentrer le sucre d’érable.

50. Globules rouges en milieu: • Isotonique • Hypotonique • Hypertonique