Fiche de révision : Membranes cellulaires

📋 Plan du Cours

1. Organisation générale des membranes
2. Composition de la bicouche lipidique
3. Fluidité et asymétrie membranaires
4. Topologie des protéines membranaires
5. Modifications et étude des protéines
6. Électrophorèse et immunoblot
7. Perméabilité de la membrane
8. Canaux et perméases
9. Transports passifs
10. Transports actifs
11. Pompe sodium-potassium
12. Transports intestinaux associés

📖 1. Organisation générale des membranes

🔑 Notions clés & Définitions

• Organite : Compartiment subcellulaire délimité par une membrane et relativement autonome dans son fonctionnement.

★ À maîtriser

• Chez les cellules eucaryotes, la membrane plasmique, l’enveloppe nucléaire, le réseau endomembranaire et les membranes mitochondriales délimitent des compartiments spécialisés.

📌 La membrane cellulaire est une bicouche lipidique constituée de deux feuillets, mesurant environ 5 à 10 nm d’épaisseur en microscopie électronique.

• Les membranes contiennent des lipides, des protéines et des glucides ; les protéines représentent 30 à 50 % du poids sec et les glucides 5 à 10 % du poids sec.

• Singer et Nicholson ont proposé le modèle de la mosaïque fluide en 1972, selon lequel les constituants membranaires sont nombreux et mobiles.

• La membrane assure plusieurs fonctions: barrière entre les milieux intra- et extracellulaires, transport, réception de signaux, reconnaissance intercellulaire, adhérence intercellulaire

Compléments

• La surface des membranes internes est environ dix fois supérieure à celle de la membrane plasmique, avec environ 7000 μm² contre 700 μm².

💡 Astuce mémo

Des compartiments fermés par des membranes spécialisées dans une même cellule.

📖 2. Composition de la bicouche lipidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Lipide : Molécule organique insoluble dans l’eau comprenant au moins un acide gras et un alcool.

• Phospholipide : Possède un pôle hydrophile composé d’un alcool, d’un phosphate et d’une base azotée ou d’un polyalcool, ainsi qu’un pôle hydrophobe composé d’un ou deux acides gras.

★ À maîtriser

📌 Un acide gras saturé ne possède que des enchaînements de CH2, tandis qu’un acide gras insaturé possède une ou plusieurs doubles liaisons CH-CH résultant de la perte d’un hydrogène.

📐 Formule — Un lipide résulte de l’association d’un acide gras et d’un alcool : $\mathrm{Lipide = acide\ gras + alcool}$.

📌 Un glycérophospholipide contient du glycérol, un phosphate et des constituants polaires, tandis qu’un sphingolipide contient une sphingosine.

• Les principaux glycérophospholipides sont:

  • phosphatidyléthanolamine ou PE
  • phosphatidylsérine ou PS
  • phosphatidylcholine ou PC
  • phosphatidylinositol ou PI

• La sphingomyéline contient une sphingosine, un acide gras, un phosphate et une choline ; elle joue principalement un rôle structural, notamment dans les cellules nerveuses.

• Les glycolipides contiennent une sphingosine, un acide gras formant une céramide et un ou plusieurs sucres ; ils participent à la protection, à la reconnaissance cellulaire et à la signalisation.

• Le cholestérol, qui ne possède pas d’acide gras, mesure environ 1,5 nm et s’insère entre deux phospholipides pour moduler la fluidité membranaire.

📌 Lorsque la température augmente, le cholestérol limite l’augmentation excessive de la fluidité membranaire, tandis que lorsque la température diminue, il maintient une certaine fluidité.

Compléments

📌 Les lipides coniques forment préférentiellement des micelles, tandis que les lipides cylindriques forment une bicouche lipidique.

💡 Astuce mémo

Hydrophile vers l’eau, hydrophobe vers le cœur de la bicouche.

📖 3. Fluidité et asymétrie membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Radeau lipidique : Zone transitoire de la membrane plasmique, moins fluide et enrichie en sphingolipides, cholestérol, récepteurs et protéines de signalisation.
• Asymétrie membranaire : Répartition non homogène des composants entre les deux feuillets de la membrane.

★ À maîtriser

• Les lipides diffusent latéralement dans un même feuillet, tandis que le passage d’un feuillet à l’autre est plus rare et plus lent.

📌 Les flippases transportent les lipides du feuillet externe vers le feuillet interne avec consommation d’ATP, les floppases les transportent du feuillet interne vers le feuillet externe avec consommation d’ATP, et les scramblases les transportent dans les deux sens sans dépense d’énergie.

• Les cavéoles sont des invaginations formées par la cavéoline qui servent de réservoirs et limitent le choc osmotique lors de petites variations de la quantité d’eau cellulaire.

• Les glycolipides sont uniquement sur la face externe, les phosphatidylsérines sur la face interne en condition normale, les phosphatidyléthanolamines et les phosphatidylinositols majoritairement sur la face interne, tandis que les phosphatidylcholines et le cholestérol sont majoritairement externes.

• Un signal extracellulaire active un récepteur, puis une phospholipase C hydrolyse le PIP2 en DAG et IP3, qui déclenchent une cascade intracellulaire adaptée.

Compléments

📌 Les chaînes courtes d’acides gras se déplacent plus facilement que les chaînes longues, car leurs interactions hydrophobes sont plus faibles.

💡 Astuce mémo

Répartition des lipides et mouvements membranaires → fluidité, signalisation et adaptation cellulaire.

📖 4. Topologie des protéines membranaires

★ À maîtriser

📌 Les protéines membranaires peuvent être transmembranaires, associées à un seul feuillet ou ancrées à la membrane par un lipide ou une autre protéine.

📌 Les protéines intrinsèques sont liées fortement à la membrane et comprennent les protéines transmembranaires, associées ou ancrées par un lipide, tandis que les protéines extrinsèques sont liées faiblement par d’autres protéines.

• Les protéines membranaires diffusent principalement dans le plan d’un même feuillet et se mélangent progressivement après fusion de cellules murines et humaines, avec un mélange observable en 20 à 40 minutes à 37 °C.

Compléments

• Dans les cellules épithéliales intestinales, les jonctions serrées maintiennent certaines protéines sur la face apicale et d’autres sur les faces basale et latérale.

💡 Astuce mémo

Intrinsèque : liaison forte à la membrane ; extrinsèque : liaison faible.

📖 5. Modifications et étude des protéines

🔑 Notions clés & Définitions

• Immunoblot : Technique semi-quantitative qui permet de détecter et de quantifier une protéine spécifique dans un mélange après séparation des protéines.

📝 Points essentiels

• La glycosylation ajoute des chaînes glucidiques aux protéines dans le réticulum endoplasmique et l’appareil de Golgi ; les protéines glycosylées se retrouvent sur la face extracellulaire et participent à la protection et à la reconnaissance cellulaire.

• Dans la mucoviscidose, des mutations du gène CFTR peuvent provoquer un défaut de glycosylation, de repliement ou de transport du canal du chlorure, entraînant un déficit en CFTR fonctionnelle et un mucus épais et visqueux.

📌 La myristoylation ajoute un acide myristique saturé à 14 carbones sur la glycine en position 2 et se produit co-traductionnellement, tandis que la palmitoylation ajoute un acide palmitique saturé à 16 carbones et se produit post-traductionnellement.

• La glypiation associe une ancre glycosylphosphatidylinositol, ou GPI, à l’extrémité C-terminale d’une protéine par une liaison covalente et l’ancre sur la face extracellulaire.

• Les protéines intrinsèques sont extraites par des détergents comme le SDS ou le Triton, qui remplacent les interactions hydrophobes avec les lipides et forment des complexes hydrosolubles protéines-détergent.

• Lors d’une électrophorèse SDS-PAGE, le SDS charge négativement les protéines et le gel d’acrylamide les sépare selon leur taille, les petites protéines migrant plus rapidement vers le bas du gel.

💡 Astuce mémo

Modifier, extraire, séparer, révéler.

📖 6. Électrophorèse et immunoblot

🔑 Notions clés & Définitions

• Immunoblot : Technique semi-quantitative qui met en évidence et quantifie une protéine spécifique au sein d’un mélange.

★ À maîtriser

• Lors d’une électrophorèse SDS-PAGE, les protéines sont déposées dans un gel poreux d’acrylamide et traitées par le SDS, qui les charge négativement et masque leur charge propre, afin de les séparer uniquement selon leur taille.

📌 Lors d’une SDS-PAGE, les protéines migrent vers le pôle positif et les plus petites avancent plus rapidement vers le bas du gel.

• L’immunoblot repose sur la reconnaissance de la protéine d’intérêt par un anticorps primaire, puis sur la reconnaissance de cet anticorps par un anticorps secondaire couplé à un système de révélation.

Compléments

• Dans une SDS-PAGE, un chauffage léger rompt les liaisons faibles et, avec le SDS, maintient les protéines sous une forme linéaire.

• Le système de révélation peut utiliser:

  • un fluorochrome
  • une enzyme produisant un produit coloré
  • une réaction de chimioluminescence

💡 Astuce mémo

SDS-PAGE sépare, anticorps révèle, ladder compare

📖 7. Perméabilité de la membrane

📝 Points essentiels

📌 La membrane plasmique est imperméable à l’ensemble des molécules hydrophiles, tandis que les petites molécules hydrophobes non chargées peuvent la traverser selon leur gradient de concentration.

• L’oxygène, le dioxyde de carbone et le diazote diffusent directement à travers la membrane dans le sens du gradient, du plus concentré vers le moins concentré.

📌 L’eau et le glycérol ont une perméabilité relativement faible, le glucose ne peut pas traverser directement la membrane en raison de sa taille, et les ions en sont totalement imperméables parce qu’ils sont chargés.

• Le glucose et les ions nécessitent des transporteurs protéiques pour permettre les échanges de nutriments et de signaux avec la cellule.

💡 Astuce mémo

Hydrophobes traversent directement, ions et glucose nécessitent un transporteur

📖 8. Canaux et perméases

🔑 Notions clés & Définitions

• Canal membranaire : Protéine transmembranaire qui assure un transport passif et se trouve soit dans un état ouvert, soit dans un état fermé, sans état intermédiaire.
• Perméase : Protéine de transport qui interagit fortement avec le soluté et change de conformation pour faciliter son passage à travers la membrane.

📝 Points essentiels

📌 Une perméase uniport transporte un seul soluté, tandis qu’un transport couplé transporte deux solutés simultanément.

📌 Dans un symport, les deux solutés sont transportés dans la même direction, tandis que dans un antiport ils sont transportés dans des directions opposées.

💡 Astuce mémo

Canal ouvert ou fermé ; perméase change de conformation

📖 9. Transports passifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Canal ionique : Protéine transmembranaire formant un pore aqueux sélectif qui transporte un type d’ion selon la taille et la forme du canal.
• Aquaporine : Protéine tétramérique dont chaque monomère forme un canal toujours ouvert facilitant et accélérant le passage de l’eau selon son gradient de concentration.

★ À maîtriser

📌 La diffusion simple ne nécessite pas de protéine de transport et concerne les petites molécules hydrophobes non chargées, tandis que la diffusion facilitée utilise un canal ou une perméase.

• Les transporteurs GLUT facilitent l’entrée du glucose dans la cellule selon son gradient électrochimique et certains sous-types sont régulés par le signal insulinique.

Compléments

• Les signaux pouvant réguler les canaux ioniques sont:

  • les signaux électriques
  • les signaux chimiques
  • les signaux mécaniques

• Les mutations de deux allèles de l’aquaporine 2 peuvent provoquer un diabète insipide avec une production de 8 à 10 litres d’urine très diluée par jour contre 1,5 litre normalement.

💡 Astuce mémo

Simple, canal, perméase : trois diffusions selon le gradient

📖 10. Transports actifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Transport actif : Déplace un soluté contre son gradient électrochimique et nécessite obligatoirement une perméase ainsi qu’une source d’énergie.
• Transporteur ABC : Protéine possédant deux domaines transmembranaires et deux domaines cytoplasmiques assurant l’hydrolyse de l’ATP en ADP pour fournir l’énergie du transport.

★ À maîtriser

• Les sources d’énergie du transport actif sont:
  • le couplage avec un transport passif
  • l’hydrolyse de l’ATP en ADP
  • une source lumineuse

📌 Chez les procaryotes, les transporteurs ABC assurent l’import et l’export de substances, tandis que chez les eucaryotes ils assurent uniquement l’export.

Compléments

📌 L’inactivation d’un transporteur ABC peut entraîner un hyperinsulinisme familial, tandis que sa surexpression peut provoquer une résistance à certains médicaments anticancéreux.

💡 Astuce mémo

Énergie contre gradient → transport actif

📖 11. Pompe sodium-potassium

★ À maîtriser

• La pompe Na⁺/K⁺ hydrolyse l’ATP et transporte séquentiellement trois ions Na⁺ vers le compartiment extracellulaire puis deux ions K⁺ vers le compartiment intracellulaire.

• La concentration extracellulaire du K⁺ est de 3,5 à 5 mM et sa concentration intracellulaire est de 140 mM, tandis que la concentration extracellulaire du Na⁺ est de 135 à 145 mM et sa concentration intracellulaire de 5 à 15 mM.

📌 La pompe Na⁺/K⁺ maintient les gradients de Na⁺ et de K⁺, participe aux potentiels de membrane et contribue à l’équilibre osmotique en empêchant la cellule de gonfler ou de se déshydrater.

Compléments

• La pompe Na⁺/K⁺ consomme à elle seule 25 % de l’ATP cellulaire.

💡 Astuce mémo

3 Na⁺ sortent, puis 2 K⁺ entrent

📖 12. Transports intestinaux associés

📝 Points essentiels

• Dans la cellule épithéliale intestinale, le symport apical Na⁺-glucose fait entrer simultanément le sodium selon son gradient et le glucose contre son gradient, puis le GLUT basolatéral permet la sortie passive du glucose et la pompe Na⁺/K⁺ expulse le Na⁺ et fait entrer le K⁺.

📌 La coexistence de plusieurs types de transport dans la cellule épithéliale intestinale permet de maintenir l’homéostasie hydrique et ionique.

💡 Astuce mémo

Na⁺-glucose entre, GLUT fait sortir le glucose, Na⁺/K⁺ rétablit les gradients

📊 Tableaux de synthèse

Répartition des composants membranaires

Comparaison des transports membranaires