Fiche de révision : Membranes cellulaires et transports

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et composition membranaires
2. Asymétrie et lipides membranaires
3. Protéines et glucides membranaires
4. Dynamique et fluidité membranaires
5. Domaines membranaires spécialisés
6. Membrane du globule rouge
7. Étude des protéines membranaires
8. Transports membranaires
9. Diffusion simple

📖 1. Fonctions et composition membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane : Compartiment cellulaire qui délimite les cellules et les compartiments, régule les échanges et permet la communication avec l’environnement.
• Composition membranaire : Constituées de lipides, de protéines et de glucides dans des proportions variables selon le type cellulaire, l’organite et les fonctions assurées.

★ À maîtriser

• Les membranes mitochondriales contiennent 24 % de lipides, 76 % de protéines et 0 % de glucides, ce qui permet notamment le transport de métabolites et la phosphorylation oxydative productrice d’ATP.

Compléments

• Dans la membrane plasmique d’une cellule hépatique, les lipides représentent 52 %, les protéines 44 % et les glucides 4 %.

• Dans la membrane plasmique d’un oligodendrocyte, les lipides représentent 79 %, les protéines 18 % et les glucides 3 %, notamment pour former la gaine de myéline isolante.

📖 2. Asymétrie et lipides membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Asymétrie membranaire : Composition différente des deux feuillets lipidiques et répartition asymétrique des glucides et des protéines.
• Phospholipide : Molécule amphiphile possédant une tête hydrophile et une queue hydrophobe formée par des acides gras.

★ À maîtriser

• En milieu aqueux, les phospholipides s’organisent spontanément en bicouche avec les régions hydrophiles exposées à l’eau et les régions hydrophobes dissimulées au centre.

Compléments

• Les glycérophospholipides possèdent une tête hydrophile pouvant être constituée de choline, de sérine, d’éthanolamine ou d’inositol, tandis que les sphingolipides comprennent notamment la sphingomyéline.

📌 Les flippases déplacent certains phospholipides d’un feuillet à l’autre en consommant de l’ATP.

💡 Astuce mémo

Feuillet externe ≠ feuillet cytosolique : compositions et orientations différentes

📖 3. Protéines et glucides membranaires

★ À maîtriser

📌 Les protéines transmembranaires traversent la bicouche grâce à un ou plusieurs domaines hydrophobes, les protéines périphériques s’y associent par des liaisons faibles, et les protéines liées aux lipides y sont attachées covalemment par un lipide.

• Sur la face externe de la membrane plasmique, certaines protéines sont liées à une ancre glycosyl-phosphatidyl-inositol, ou GPI, par une réaction appelée glypiation après un transport par vésicules.

• Environ 90 % des sucres membranaires sont liés à des protéines, formant des glycoprotéines ou des protéoglycanes, tandis que les sucres liés aux lipides forment des glycolipides.

• Les glucides membranaires se trouvent sur la face externe de la membrane plasmique et participent au glycocalix, aux déterminants antigéniques du système ABO et à la reconnaissance par des cellules, des virus ou des toxines.

Compléments

• Sur la face cytosolique de la membrane plasmique, des protéines peuvent être liées à l’acide palmitique, à l’acide myristique ou au farnésyl.

📖 4. Dynamique et fluidité membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle de la mosaïque fluide : Singer et Nicolson, 1972 — Structure dynamique où des lipides et des protéines peuvent se déplacer par diffusion, tout en pouvant se regrouper en microdomaines spécialisés.

📝 Points essentiels

• L’exocytose fusionne une vésicule avec la membrane plasmique, ajoutant un fragment membranaire et libérant son contenu, tandis que l’endocytose forme une vésicule à partir de la membrane plasmique et internalise du matériel extracellulaire.

• L’expérience de Frye et Edidin montre qu’après fusion d’une cellule humaine et d’une cellule de souris, les protéines membranaires se mélangent sur toute la surface de l’hétérocaryon après une incubation à 37 °C pendant 30 minutes à 1 heure.

📌 La fluidité membranaire augmente lorsque les chaînes d’acides gras sont plus courtes ou plus insaturées, tandis qu’une concentration accrue de cholestérol rend la bicouche plus rigide.

💡 Astuce mémo

Chaînes courtes et insaturées → fluidité accrue ; cholestérol accru → rigidité accrue

📖 5. Domaines membranaires spécialisés

🔑 Notions clés & Définitions

• Radeau lipidique : Microdomaine membranaire riche en cholestérol et en sphingolipides, résistant aux détergents et pouvant se déplacer à la surface cellulaire.

★ À maîtriser

• Les radeaux lipidiques constituent des plateformes d’assemblage rapprochant des récepteurs membranaires et des protéines participant à la transmission des signaux intracellulaires.

📌 Dans les entérocytes, les jonctions serrées limitent la diffusion latérale des protéines et séparent le domaine apical du domaine basolatéral.

Compléments

• La cavéoline se rassemble dans un domaine lipidique, courbe la membrane plasmique et facilite la formation d’une vésicule endosomale grâce à un mécanisme consommant de l’énergie.

💡 Astuce mémo

Les radeaux lipidiques flottent comme des plateformes de signalisation

📖 6. Membrane du globule rouge

🔑 Notions clés & Définitions

• Globule rouge : Cellule anucléée, biconcave et dépourvue d’organites intracellulaires entourés d’une membrane, spécialisée dans le transport de l’oxygène et du dioxyde de carbone grâce à l’hémoglobine.
• Squelette sous-membranaire : Le squelette sous-membranaire du globule rouge est un réseau de spectrine fibrillaire organisé en nœuds appelés complexes jonctionnels, auxquels appartient notamment l’actine.

★ À maîtriser

📌 La membrane du globule rouge possède une résistance aux chocs mécaniques et une plasticité lui permettant de se déformer pour traverser des capillaires de diamètre inférieur à celui du globule rouge.

• L’ankyrine relie la spectrine à la bande 3, tandis que la protéine 4.1 relie un complexe jonctionnel à la glycophorine.

• Dans l’elliptocytose, les mutations concernent l’α-spectrine dans 65 % des cas et la β-spectrine dans 30 % des cas ; dans la sphérocytose, l’ankyrine est mutée dans 60 % des cas ; dans l’ovalocytose, la bande 3 est mutée dans 100 % des cas.

Compléments

• Le sang contient environ 5 millions de globules rouges par microlitre, ce qui rend leur membrane abondante et relativement facile à isoler.

📖 7. Étude des protéines membranaires

★ À maîtriser

• L’étude de la membrane du globule rouge consiste à lyser les cellules, isoler la membrane par centrifugation, puis extraire les protéines membranaires selon leur mode d’association.

• Lors d’une électrophorèse PAGE, les protéines migrent dans un champ électrique vers l’anode selon leur poids moléculaire apparent, les plus légères migrant le plus loin, puis elles sont révélées par le bleu de Coomassie.

• La bande 3 est une protéine échangeuse d’anions qui échange les ions chlorure contre le bicarbonate et participe à la respiration et aux échanges gazeux.

Compléments

• Après centrifugation à 80 000 × g pendant 1 heure, le culot contient les fragments de membrane plasmique, tandis que le surnageant contient les protéines cytosoliques et l’hémoglobine.

• Le SDS charge uniformément les protéines négativement, tandis que le β-mercapto-éthanol réduit les ponts disulfures covalents.

💡 Astuce mémo

Lyser → isoler → extraire → séparer → révéler

📖 8. Transports membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Perméabilité sélective : Permet à une membrane de contrôler le transfert des composés selon leur nature physico-chimique et leur concentration de part et d’autre.

★ À maîtriser

📌 Les petites molécules lipophiles, hydrophobes et non chargées de taille inférieure à 1000 Da traversent par diffusion simple, tandis que les ions, les acides aminés et les molécules de taille supérieure à 1000 Da nécessitent des protéines transmembranaires.

📌 Un transport dans le sens du gradient de concentration est passif et ne nécessite pas d’énergie, tandis qu’un transport contre le gradient est actif et nécessite de l’ATP.

• Dans le globule rouge, le sodium a une concentration de 10 mM en intracellulaire et de 140 mM dans le plasma, tandis que le potassium a une concentration de 150 mM en intracellulaire et de 4 mM dans le plasma.

📌 Les canaux permettent l’entrée du sodium et la sortie du potassium selon leurs gradients, tandis que la pompe Na⁺-K⁺ ATPase les transporte en sens inverse pour maintenir leurs concentrations.

Compléments

• Les quatre types de transport membranaire sont:
  • la diffusion simple
  • le transport facilité
  • le transport actif
  • le co-transport secondairement actif

💡 Astuce mémo

Dans le gradient = passif ; contre le gradient = actif

📖 9. Diffusion simple

🔑 Notions clés & Définitions

• Diffusion simple : Transport sans protéine de transport qui s’effectue dans le sens du gradient de concentration.

★ À maîtriser

• Les molécules concernées par la diffusion simple comprennent:
  • l’oxygène
  • le dioxyde de carbone
  • les hormones stéroïdiennes
  • l’urée
  • le glycérol

📌 La vitesse de la diffusion simple est proportionnelle au gradient de concentration et le mécanisme est non saturable.

Compléments

• À travers la membrane, la vitesse de diffusion simple décroît selon l’ordre suivant : O₂, glycérol, puis glucose, ce dernier étant une molécule plus volumineuse.

📊 Tableaux de synthèse

Types de protéines membranaires

Principaux transports membranaires