Fiche de révision : Topologie et dynamique des biomembranes

📋 Plan du Cours

1. Rôles et isolement des membranes
2. Composition lipidique des membranes
3. Propriétés des lipides membranaires
4. Protéines membranaires et extraction
5. Architecture et mobilité membranaires
6. Asymétrie et fonctions membranaires

📖 1. Rôles et isolement des membranes

★ À maîtriser

• Les biomembranes sont riches en systèmes enzymatiques, transporteurs et canaux.

• La polarité des vésicules obtenues lors de la perturbation des globules rouges dépend des conditions ioniques utilisées.

Compléments

• Dans les polynucléaires neutrophiles, la membrane plasmique contient la NADPH oxydase.

• Le réticulum endoplasmique contient le cytochrome P450, impliqué dans la détoxification des xénobiotiques.

• Les membranes mitochondriales participent à la phosphorylation oxydative et contiennent des pores de transition associés à l’apoptose.

• L’isolement des membranes de globules rouges peut produire des vésicules scellées à polarité conservée ou inversée, ainsi que des fantômes ouverts ou fermés.

📖 2. Composition lipidique des membranes

★ À maîtriser

• Les biomembranes sont constituées de lipides formant leur squelette, de protéines et d’un faible pourcentage de glucides, présents dans certaines membranes et liés aux protéines ou aux lipides.

• La membrane plasmique contient environ 43 % de lipides, 49 % de protéines et 8 % de glucides.

Compléments

📌 La proportion de lipides et de protéines varie d’une membrane à l’autre selon sa fonction.

• La cardiolipine est un glycérophospholipide des membranes bactériennes et mitochondriales ; elle représente 20 % des phospholipides de la membrane mitochondriale interne.

• Les glycolipides représentent 5 % des lipides de la membrane et contribuent fortement à son asymétrie.

• Les glycolipides sont situés sur la face extracellulaire, particulièrement dans les radeaux lipidiques, et leurs longues chaînes saturées favorisent leur association.

• Les glycolipides se répartissent en catégories neutres et chargées :

  • glycosphingolipides neutres
  • globosides
  • cérébrosides
  • glycolipides chargés
  • gangliosides
  • sulfatides

📖 3. Propriétés des lipides membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Liposome : Vésicule sphérique de quelques dizaines à quelques milliers de nanomètres de diamètre, formée d’une ou plusieurs bicouches lipidiques séparant un milieu intravésiculaire du milieu extérieur.

★ À maîtriser

📌 Les acides gras insaturés présentent une inflexion d’environ 30 degrés par double liaison, ce qui augmente la fluidité membranaire.

• Les acides gras saturés sont solides à 37 °C, ne présentent pas d’inflexion et augmentent les interactions hydrophobes, ce qui diminue la fluidité membranaire.

• Le cholestérol diminue la perméabilité aux petites molécules hydrosolubles et immobilise les chaînes hydrocarbonées voisines, rendant la membrane moins fluide.

• Les phospholipides et glycolipides sont amphiphiles et peuvent s’organiser en monocouche plane, micelle ou liposome dans un milieu aqueux.

Compléments

• Les acides gras insaturés sont fluides à 37 °C et favorisent ainsi la fluidité membranaire.

• Le cholestérol empêche la cristallisation et inhibe les éventuels changements de phase membranaires.

• La membrane peut contenir jusqu’à une molécule de cholestérol par molécule de phospholipide.

• L’hydratation d’un film phospholipidique permet d’obtenir des liposomes multilamellaires ; des étapes supplémentaires sont nécessaires pour obtenir des liposomes unilamellaires.

💡 Astuce mémo

Les chaînes saturées se tassent ; les chaînes insaturées se coudent.

📖 4. Protéines membranaires et extraction

★ À maîtriser

• La proportion de protéines varie selon la membrane, d’environ 20 % dans la myéline à 80 % dans la membrane mitochondriale interne.

📌 Les protéines membranaires intrinsèques sont liées à la membrane par des interactions covalentes, tandis que les protéines extrinsèques ou périphériques y sont liées de façon non covalente.

• Les protéines membranaires assurent notamment les fonctions suivantes :
  • transport
  • ancrage
  • réception
  • activité enzymatique

• Les protéines extrinsèques peuvent être solubilisées en modifiant le pH ou la force ionique, tandis que les protéines intrinsèques sont extraites à l’aide de détergents ioniques ou non ioniques.

Compléments

• Les protéines membranaires peuvent être transmembranaires ou ancrées par un lipide ou par un GPI, le glycosylphosphatidylinositol.

📌 Les protéines membranaires intrinsèques peuvent être fixées par un acide gras ou un groupement prényle, et les groupements farnésyl et géranylgéranyl sont des composés lipidiques non lipidiques au sens strict, appelés lipoïdes.

• Les groupements farnésyl et géranylgéranyl comportent respectivement 15 et 20 carbones.

📖 5. Architecture et mobilité membranaires

★ À maîtriser

• Le modèle de la mosaïque fluide décrit l’architecture des biomembranes.

• Les lipides membranaires peuvent effectuer des mouvements latéraux, des rotations, des flexions et des mouvements transversaux de type flip-flop entre les feuillets.

• Les translocases assurent le mouvement transversal des lipides membranaires et contribuent à instaurer et maintenir l’asymétrie membranaire.

• Les principaux facteurs de fluidité membranaire sont :

  • la température
  • la longueur des chaînes hydrocarbonées
  • le nombre de doubles liaisons
  • la nature des têtes polaires
  • le contenu en cholestérol

Compléments

• Les bactéries et les levures ajustent la composition lipidique de leur membrane en fonction de l’environnement afin de maintenir une certaine fluidité membranaire.

• La mobilité des protéines membranaires fait partie des caractéristiques dynamiques des biomembranes.

📖 6. Asymétrie et fonctions membranaires

★ À maîtriser

• L’asymétrie membranaire est assurée par les lipides, les protéines et les glucides, ces derniers étant exprimés uniquement sur la face externe de la membrane plasmique.

• L’exposition de la phosphatidylsérine sur la monocouche externe constitue un signal d’apoptose et permet aux macrophages de reconnaître et de phagocyter les cellules apoptotiques.

Compléments

• La phosphatidylsérine (PS) porte une charge négative nécessaire à l’activité de la protéine kinase C (PKC).

• La phosphatidylinositol (PI) peut être phosphorylée par la phosphatidylinositol kinase PI3-kinase et contribuer à la signalisation cellulaire.

• Le clivage du phospholipide membranaire inositol-phospholipide par la phospholipase C (PLC) produit deux fragments qui contribuent à la signalisation cellulaire.

💡 Astuce mémo

Exposition externe de la PS → reconnaissance et phagocytose de la cellule apoptotique.