Fiche de révision : Biochimie membranaire

📋 Plan du Cours

1. Rôles et organisation des membranes
2. Observation et propriétés membranaires
3. Lipides membranaires et bicouches
4. Perméabilité et protéines membranaires
5. Fluidité et dynamique membranaire
6. Solubilisation et étude des protéines
7. Topologie des protéines intégrales
8. Transporteurs et transport du glucose
9. Canaux ioniques et sélectivité
10. Transmission synaptique et récepteurs

📖 1. Rôles et organisation des membranes

🔑 Notions clés & Définitions

• Compartimentation : Est le rôle des membranes qui séparent les milieux cellulaires par une fonction de barrière et d’échange.

★ À maîtriser

• Dans les mitochondries et les bactéries aérobies, l’énergie chimique est convertie par la membrane en énergie osmotique sous forme d’un gradient de protons, tandis que les chloroplastes et les bactéries photosynthétiques convertissent l’énergie lumineuse.

• Le gradient de protons est utilisé par: l’ATP synthase pour convertir l’ADP et le phosphate inorganique en ATP, les symports et antiports pour transporter des molécules, le flagelle bactérien pour effectuer sa rotation

Compléments

• Toutes les cellules possèdent une membrane, les membranes plasmiques représentent 700 μm2, l’ensemble des membranes représente 7000 μm2 et le cytosquelette correspond à 94,000 μm2.

💡 Astuce mémo

Lipides = barrière ; protéines = échanges

📖 2. Observation et propriétés membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Mosaïque membranaire : Composée de plusieurs lipides et protéines différents.

★ À maîtriser

📌 La coloration négative met en évidence l’épaisseur de la membrane, car les sels de métaux lourds s’associent aux régions polaires périphériques tandis que l’intérieur apolaire reste moins marqué.

📌 La cryofracture renseigne sur la quantité de protéines membranaires, car la fracture suit les zones de moindre résistance de la membrane.

Compléments

• Le rapport pondéral protéine/lipide varie de 1:4 dans la gaine de myéline des cellules nerveuses à 4:1 dans la membrane mitochondriale.

💡 Astuce mémo

Coloration négative = épaisseur ; cryofracture = protéines

📖 3. Lipides membranaires et bicouches

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipide amphiphile : Possède une partie très hydrophile et une partie très hydrophobe, ce qui lui permet de former une bicouche lipidique en milieu aqueux.

★ À maîtriser

📌 Les glycérophospholipides et les glycéroglycolipides possèdent deux acides gras, tandis que les sphingophospholipides et les sphingoglycolipides en possèdent un.

📌 Un liposome est une bicouche lipidique préparée artificiellement par le scientifique, tandis qu’une vésicule est un fragment de membrane provenant d’une cellule.

Compléments

• Dans la membrane plasmique, il existe plus de 10 000 lipides différents.

• La chromatographie sur couche mince sépare les grandes catégories de lipides grâce à une phase mobile et une plaque de silice hydrophile comme phase stationnaire.

💡 Astuce mémo

Les molécules amphiphiles s’alignent en deux rangées, queues hydrophobes au centre

📖 4. Perméabilité et protéines membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Porine : Protéine de membrane externe organisée en tonneau β qui forme un canal permettant le passage de petites molécules.

📝 Points essentiels

📌 Les molécules hydrophobes et les petites molécules polaires non chargées comme l’eau, l’urée et le glycérol traversent relativement facilement la membrane, tandis que les grosses molécules polaires non chargées et les ions la traversent très lentement.

📌 Les protéines intégrales traversent la membrane au moins une fois par leur chaîne polypeptidique, tandis que les protéines périphériques sont associées à sa surface par des interactions non covalentes ou lipidiques.

• Les protéines transmembranaires traversent généralement la membrane sous forme d’hélices α hydrophobes de 20 à 30 résidus.

💡 Astuce mémo

Hydrophobes traversent ; ions restent bloqués

📖 5. Fluidité et dynamique membranaire

★ À maîtriser

📌 Une température basse augmente la viscosité membranaire, tandis qu’une température élevée augmente la fluidité membranaire.

• À 40°C, une bactérie fabrique des acides gras saturés pour rigidifier une membrane trop fluide, tandis qu’à basse température elle fabrique davantage de lipides pour fluidifier une membrane trop visqueuse.

📌 La diffusion latérale des lipides est spontanée, permanente et non catalysée à environ 1 μm/s, tandis que la diffusion transversale est peu efficace, non spontanée et catalysée par des protéines.

Compléments

📌 Une anisotropie élevée indique une membrane visqueuse, tandis qu’une anisotropie basse indique une membrane fluide.

• Trois protéines catalysent la diffusion transversale:
  • la flippase
  • la floppase
  • la scramblase

💡 Astuce mémo

Température basse → viscosité ; température haute → fluidité

📖 6. Solubilisation et étude des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Nanodisque : Petit disque membranaire formé lorsqu’un polymère amphipathique comme le SMA entoure les parties hydrophobes d’une membrane.

📝 Points essentiels

📌 Les détergents ioniques comme le SDS solubilisent et dénaturent les protéines, tandis que les détergents non ioniques comme le Triton X-100 les solubilisent sans les dénaturer.

📌 Les lipides forment des liposomes en solution aqueuse, tandis que les détergents forment des micelles dépourvues de milieu aqueux interne.

• Lorsque la concentration en détergent augmente, le détergent s’insère d’abord dans le liposome, puis le liposome grossit, éclate et se transforme en petites micelles.

📌 Le détergent doit être maintenu autour d’une protéine membranaire solubilisée, car son retrait expose les parties hydrophobes et entraîne l’agrégation puis la précipitation de la protéine.

💡 Astuce mémo

SDS solubilise et dénature ; Triton X-100 solubilise sans dénaturer

📖 7. Topologie des protéines intégrales

🔑 Notions clés & Définitions

• Topologie membranaire : Est définie par son nombre de segments transmembranaires, l’orientation de ses extrémités et la localisation de ses domaines intracellulaires et extracellulaires.

★ À maîtriser

• Le profil d’hydrophobicité repère des regroupements d’acides aminés hydrophobes d’environ 20 à 30 résidus afin de prédire la position des hélices α transmembranaires.

📌 Le profil d’hydrophobicité permet de prédire les hélices α transmembranaires, mais ne permet pas de prédire les brins β amphipathiques, d’orienter la protéine ou de positionner les hélices entre elles.

• La reconstitution en protéoliposome permet de remettre une protéine membranaire purifiée dans une bicouche lipidique afin d’étudier son activité de transport ou enzymatique.

Compléments

• La glycosylation des protéines eucaryotes se produit dans l’appareil de Golgi sur des acides aminés situés dans un domaine topologiquement extracellulaire.

💡 Astuce mémo

Hydrophobicité → glycosylation → protéines rapporteurs

📖 8. Transporteurs et transport du glucose

🔑 Notions clés & Définitions

• Diffusion facilitée : Est un transport spontané et rapide dans lequel une protéine accélère le passage d’un soluté dans le sens décroissant de son gradient de concentration.

★ À maîtriser

📌 La diffusion passive et la diffusion facilitée sont spontanées et suivent le gradient du soluté, tandis que le transport actif est non spontané et nécessite un apport d’énergie.

• Le transporteur GluT possède 12 segments transmembranaires et transporte le glucose par diffusion facilitée selon son gradient de concentration.

• Le transport facilité par GluT repose sur l’alternance de deux conformations du transporteur : la fixation du glucose favorise un changement de conformation, puis sa libération de l’autre côté de la membrane.

• La Na+/K+ ATPase est un transport actif primaire qui hydrolyse l’ATP, fait entrer 2 ions potassium et fait sortir 3 ions sodium.

Compléments

📌 En hyperglycémie, l’insuline augmente le nombre de transporteurs du glucose exposés à la surface cellulaire, tandis qu’en l’absence de stimulation ces transporteurs sont internalisés.

💡 Astuce mémo

Diffusion facilitée = gradient ; transport actif = énergie

📖 9. Canaux ioniques et sélectivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Filtre de sélectivité : Aligne des groupements carbonyles qui remplacent les molécules d’eau du K+ mais ne stabilisent pas suffisamment le Na+ plus petit.

📝 Points essentiels

📌 Un canal alterne entre un état ouvert et un état fermé et laisse passer les ions très rapidement, tandis qu’un transporteur alterne entre deux conformations de liaison et fonctionne plus lentement.

• Les canaux ioniques sont classés en canaux voltage-dépendants, récepteurs-canaux activés par un ligand et canaux mécanosensibles.

• Les canaux sodiques voltage-dépendants passent successivement par les états fermé, ouvert et inactivé, l’inactivation empêchant une nouvelle dépolarisation immédiate.

💡 Astuce mémo

Transporteur = changement de conformation ; canal = pore ouvert

📖 10. Transmission synaptique et récepteurs

★ À maîtriser

• 🔄 La transmission synaptique suit la séquence:

  1. ouverture de canaux Ca2+
  2. libération d’acétylcholine
  3. ouverture du récepteur nicotinique
  4. entrée de sodium et dépolarisation
  5. contraction

• Le récepteur nicotinique à l’acétylcholine est constitué de 5 sous-unités et laisse passer le sodium au centre du canal.

Compléments

• Le cysteine scanning mutagenesis consiste à introduire une cystéine à différentes positions d’un récepteur afin de repérer les acides aminés accessibles dans le pore et de suivre son ouverture lors de la fixation de l’acétylcholine.

💡 Astuce mémo

Calcium → acétylcholine → sodium → dépolarisation → contraction

📊 Tableaux de synthèse

Types de transport membranaire

Méthodes d’étude membranaire