Fiche de révision : Transports membranaires avancés

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et architecture membranaires
2. Composition de la membrane plasmique
3. Architecture dynamique de la membrane
4. Perméabilité et transports passifs
5. Transports actifs et cotransports
6. Canaux ioniques régulés
7. Cotransports et pompes ATP
8. Endocytose et tri vésiculaire
9. Exocytose et sécrétion

📖 1. Fonctions et architecture membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Bicouche lipidique : Formée de deux feuillets de lipides, avec un feuillet externe au contact du milieu extracellulaire et un feuillet interne au contact du cytosol.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique sépare le cytoplasme du milieu extracellulaire, contribue à la forme cellulaire avec le cytosquelette et assure le transport, la communication intercellulaire, l’adhésion et la motilité cellulaire.

• Singer et Nicholson ont décrit en 1972 la membrane plasmique comme un assemblage de lipides et de protéines organisé en bicouche lipidique.

Compléments

• 🔄 La fusion membranaire suit plusieurs étapes:

  1. Rapprochement inférieur à 1,5 nm
  2. Formation d’une tige de fusion
  3. Hémifusion
  4. Rupture des feuillets restants et formation d’un pore de fusion

• Les protéines SNARE favorisent la fusion membranaire en rapprochant les membranes et en expulsant l’eau entre elles, et les cellules animales possèdent au moins 35 types de protéines SNARE.

💡 Astuce mémo

Structure portée par les lipides, fonctions surtout portées par les protéines

📖 2. Composition de la membrane plasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Phospholipides : Lipides amphiphiles constitués d’une tête polaire hydrophile et de deux chaînes hydrocarbonées apolaires hydrophobes.
• Protéines transmembranaires : Traversent toute l’épaisseur de la membrane grâce à une région hydrophobe de 20 à 30 acides aminés, souvent organisée en hélice α, et possèdent des régions hydrophiles de part et d’autre.
• Glycocalyx : Revêtement glucidique situé uniquement sur la face extracellulaire de la membrane, formé par les glucides des glycolipides et des glycoprotéines, dont 7 % proviennent des glycolipides et 93 % des glycoprotéines.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique contient 50 % de protéines, 40 % de lipides et 10 % de glucides.

• Les lipides membranaires sont répartis en 55 % de phospholipides, 25 % de cholestérol et 20 % de glycolipides.

📌 Dans la bicouche lipidique, les têtes hydrophiles sont orientées vers les milieux aqueux et les chaînes hydrophobes se regroupent au centre de la membrane.

• Les trois classes de protéines membranaires sont:
  • Les protéines transmembranaires
  • Les protéines ancrées par un ou plusieurs lipides
  • Les protéines périphériques

Compléments

• En microscopie électronique après imprégnation au tétroxyde d’osmium, la membrane présente deux lignes denses de 2,5 nm séparées par une ligne claire hydrophobe de 3 nm.

• Le glycocalyx protège la membrane, porte une charge négative grâce aux acides sialiques, retient des ions positifs comme le calcium, participe à la reconnaissance antigénique et à l’adhésion cellulaire.

💡 Astuce mémo

50-40-10 : protéines, lipides, glucides

📖 3. Architecture dynamique de la membrane

🔑 Notions clés & Définitions

• Fluidité membranaire : Résulte notamment de la rotation des phospholipides et de la flexion de leurs chaînes hydrocarbonées.

★ À maîtriser

📌 Les insaturations créent des coudes dans les chaînes hydrocarbonées et augmentent la fluidité membranaire, tandis que le cholestérol limite les mouvements des chaînes et rigidifie la membrane.

📌 L’asymétrie transversale correspond à une différence de composition entre les deux feuillets, tandis que l’asymétrie latérale correspond à une différence de composition au sein d’un même feuillet.

• Le feuillet externe est principalement enrichi en sphingomyéline et phosphatidylcholine, tandis que le feuillet interne contient surtout de la phosphatidyléthanolamine et de la phosphatidylsérine.

• Lors de l’apoptose, la phosphatidylsérine passe du feuillet interne au feuillet externe et devient un signal reconnu par les macrophages, qui phagocytent la cellule morte.

Compléments

• Les radeaux lipidiques sont enrichis en:

  • Cholestérol
  • Sphingolipides
  • Phospholipides à acides gras saturés

• La diffusion latérale est possible pour les lipides et les protéines dans un même feuillet, avec une vitesse d’environ 1 μm/s pour les lipides et 1 μm/min pour les protéines.

💡 Astuce mémo

Asymétrie transversale entre feuillets, asymétrie latérale dans un même feuillet

📖 4. Perméabilité et transports passifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Osmose : Diffusion spontanée de l’eau d’un compartiment moins concentré en électrolytes vers un compartiment plus concentré en électrolytes.

★ À maîtriser

• La membrane plasmique permet des transports perméatifs sans déformation membranaire pour les ions et petites molécules, tandis que les transports cytotiques avec déformation concernent les macromolécules et les particules.

• Dans une bicouche lipidique dépourvue de protéines, les molécules hydrophobes et les petites molécules polaires non chargées diffusent rapidement ou modérément, tandis que les molécules chargées et les grosses molécules polaires diffusent très peu.

• Les perméases fixent spécifiquement leur soluté et changent de conformation sans être ouvertes simultanément des deux côtés, tandis que les canaux forment un pore ouvert des deux côtés sans changement de conformation pendant le transport.

• Le transport passif s’effectue sans dépense d’énergie et dans le sens du gradient de concentration ou du gradient électrochimique.

• GLUT4 est un transporteur du glucose exprimé à la membrane des cellules musculaires et des adipocytes en réponse à l’insuline, après fusion de vésicules contenant GLUT4 avec la membrane plasmique.

• Les canaux ioniques sélectionnent les ions selon leur charge et leur taille et peuvent être contrôlés par une variation du potentiel de membrane ou par la liaison d’un ligand extracellulaire ou cytosolique.

Compléments

• Le coefficient de perméabilité de l’eau est d’environ 10^-2 cm par seconde, contre 10^-12 cm par seconde pour les ions.

• Dans un milieu hypotonique, l’eau entre dans le globule rouge et peut le faire éclater, tandis que dans un milieu hypertonique l’eau sort et la cellule rétrécit avec un aspect crénelé.

• Les perméases saturent lorsque tous leurs sites de liaison sont occupés, et leur vitesse de transport peut atteindre 100 à 1000 molécules par seconde.

• Les aquaporines transportent uniquement l’eau à une vitesse d’environ 3 milliards de molécules par seconde, et leur expression membranaire dépend de la vasopressine.

💡 Astuce mémo

Diffusion simple sans protéine, diffusion facilitée avec protéine

📖 5. Transports actifs et cotransports

🔑 Notions clés & Définitions

• Cotransport : Couple le transport passif d’un ion selon son gradient électrochimique au transport actif d’une autre molécule contre son gradient de concentration.

📝 Points essentiels

📌 Le transport actif utilise des perméases, déplace les solutés contre leur gradient et nécessite une source d’énergie fournie soit par un gradient électrochimique, soit par l’hydrolyse de l’ATP.

📌 Dans un symport, l’ion et la molécule cotransportée se déplacent dans le même sens, tandis que dans un antiport ils se déplacent en sens inverse.

💡 Astuce mémo

Dissipation d’un gradient ionique → transport actif d’une autre molécule

📖 6. Canaux ioniques régulés

🔑 Notions clés & Définitions

• Canaux tension-dépendants : s’ouvrent lorsqu’une variation du potentiel de membrane déclenche leur changement de conformation
• Canaux ligand-dépendants : s’ouvrent lorsqu’un ligand se lie à un récepteur associé au canal

📝 Points essentiels

• L’acétylcholine est un ligand extracellulaire pouvant provoquer l’ouverture de canaux sodiques, tandis que certaines protéines G cytosoliques peuvent provoquer l’ouverture de canaux potassiques.

💡 Astuce mémo

Potentiel de membrane → canal tension-dépendant ; ligand → canal ligand-dépendant

📖 7. Cotransports et pompes ATP

★ À maîtriser

📌 Les cotransports associent le transport passif d’un ion selon son gradient électrochimique au transport actif d’une autre molécule contre son gradient.

📌 Dans un symport, l’ion et la molécule transportée se déplacent dans le même sens, tandis que dans un antiport ils se déplacent en sens inverse.

• Le symport Na+/glucose du pôle apical des entérocytes fait entrer le glucose contre son gradient grâce à l’énergie du gradient électrochimique du sodium, puis le glucose sort passivement au pôle basal par des perméases GLUT.

• L’antiport Na+/H+ utilise l’entrée passive du sodium pour assurer la sortie active des protons et maintenir le pH cytosolique autour de 7.

📌 Les pompes de type P transportent principalement des ions et nécessitent une phosphorylation, les pompes de type V transportent surtout des protons sans phosphorylation, et les transporteurs ABC exportent de petites molécules sans phosphorylation.

• La pompe Na+/K+ expulse 3 Na+ vers le milieu extracellulaire et fait entrer 2 K+ dans le cytosol à chaque cycle, contre leurs gradients électrochimiques.

• 🔄 Le cycle de la pompe Na+/K+ suit ces étapes: fixation de 3 Na+ en conformation E1, phosphorylation et passage en E2, sortie des Na+ et fixation de 2 K+, déphosphorylation et retour en E1 avec entrée des K+

Compléments

• Dans une cellule non stimulée, l’antiport Na+/Ca2+ contribue à maintenir la concentration cytosolique de Ca2+ à environ 10^-7 M.

• La pompe Na+/K+ maintient une forte concentration extracellulaire de Na+ d’environ 145 mM contre 5 à 15 mM dans le cytosol.

• La pompe Ca2+ ATPase expulse le Ca2+ et maintient sa concentration à 10^-7 M dans le cytosol contre 10^-3 M dans le milieu extracellulaire.

• La pompe H+/K+ ATPase des cellules épithéliales gastriques expulse des protons contre l’entrée de potassium et permet la sécrétion acide de l’estomac.

• Les glucosides cardiotoniques digitoxine, digoxine et ouabaïne inhibent la pompe Na+/K+, ce qui augmente le Ca2+ cytosolique et favorise la contraction cardiaque.

• Les pompes de type V acidifient la lumière des endosomes et des lysosomes, tandis que celles des tubules rénaux excrètent des protons dans l’urine en formation.

• La protéine MDR expulse des médicaments anticancéreux hors de certaines cellules cancéreuses, ce qui peut provoquer une résistance à la chimiothérapie.

💡 Astuce mémo

Cotransport : gradient d’un ion ; pompe : hydrolyse de l’ATP

📖 8. Endocytose et tri vésiculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Endocytose : internalise des particules ou des macromolécules par invagination de la membrane plasmique suivie de la formation d’une vésicule

★ À maîtriser

📌 La pinocytose forme de petites vésicules de 50 à 150 nm, tandis que la phagocytose forme des vésicules de plus de 250 nm pouvant atteindre plusieurs micromètres.

• 🔄 La formation d’une vésicule à clathrine suit ces étapes:

  1. formation d’un puits recouvert
  2. liaison ligand-récepteur
  3. approfondissement du puits
  4. constriction par la dynamine
  5. détachement et perte du manteau de clathrine

• 🔄 La phagocytose suit ces étapes:

  1. reconnaissance de la particule
  2. réorganisation du cytosquelette
  3. émission de pseudopodes
  4. fusion des pseudopodes en phagosome

• Les endosomes précoces trient les molécules endocytées vers le recyclage membranaire, le cytosol ou la maturation jusqu’aux lysosomes.

• L’endosome précoce possède un pH compris entre 6 et 6,5, l’endosome tardif un pH compris entre 5 et 5,5, et le lysosome un pH compris entre 4,5 et 5.

• Dans l’endocytose des LDL, le pH acide de l’endosome précoce sépare les LDL de leurs récepteurs, les récepteurs sont recyclés vers la membrane plasmique et les LDL sont dégradées dans les lysosomes en cholestérol libre.

📌 Le recyclage renvoie des récepteurs et de la membrane vers la membrane plasmique, tandis que la transcytose transporte des molécules d’un pôle extracellulaire à l’autre sans dégradation lysosomale.

Compléments

• Les vésicules à clathrine mesurent généralement 100 à 150 nm, sont stabilisées par une cage de clathrine reliée indirectement à la membrane par l’adaptine et perdent leur revêtement grâce aux ATPases HSP-70.

• Les cavéoles sont des vésicules de 50 à 80 nm formées dans des radeaux lipidiques enrichis en cholestérol et sphingolipides et recouvertes de cavéoline.

📌 L’endocytose en phase liquide est non spécifique car le liquide extracellulaire entre au hasard dans les vésicules sans liaison à un récepteur.

• Les principaux phagocytes professionnels sont:

  • les macrophages
  • les polynucléaires neutrophiles
  • les polynucléaires éosinophiles

• Les complexes ESCRT reconnaissent les protéines mono-ubiquitinylées, les incorporent dans des vésicules intraluminales et permettent leur adressage vers les lysosomes.

• Dans l’entérocyte, la transcytose fait passer des molécules du pôle apical vers le pôle basolatéral puis vers le sang sans séparation du ligand et de son récepteur.

💡 Astuce mémo

Puits → vésicule → endosome → lysosome, recyclage ou transcytose

📖 9. Exocytose et sécrétion

🔑 Notions clés & Définitions

• Exocytose : exporte des molécules vers le milieu extracellulaire par fusion d’une vésicule sécrétoire avec la membrane plasmique

★ À maîtriser

• Lors de l’exocytose, les molécules luminales de la vésicule sont libérées dans le milieu extracellulaire, tandis que les molécules membranaires de la vésicule s’intègrent à la membrane plasmique.

📌 L’exocytose constitutive est permanente et renouvelle la membrane plasmique et la matrice extracellulaire, tandis que l’exocytose régulée est déclenchée par un stimulus.

• L’exocytose régulée peut être déclenchée par la liaison d’une hormone ou d’un neuromédiateur à son récepteur, ou par une dépolarisation membranaire dans les neurones.

• Un signal d’exocytose régulée augmente transitoirement le Ca2+ cytosolique, active des protéines motrices qui déplacent les vésicules sur les microtubules puis les microfilaments, et active la gelsoline qui désorganise le cortex sous-membranaire.

Compléments

• 🔄 La maturation du grain de sécrétion comprend: la perte de l’excédent de membrane, la concentration du contenu luminal, le clivage éventuel des pro-protéines en protéines actives

• L’exocytose régulée peut libérer:

  • des neuropeptides
  • des hormones
  • des enzymes digestives

💡 Astuce mémo

Constitutive = permanente ; régulée = déclenchée par un signal

📊 Tableaux de synthèse

Classes de protéines membranaires

Transports passifs