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Section CYTOLOGIE (membranes)

Automne 2009

Professeur: Marc Pouliot

Biologie Cellulaire (BIO-1900)

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1. Les membranes2. La surface cellulaire3. Les mitochondries4. Le réticulum endoplasmique5. L’appareil de Golgi-exocytose6. Les lysosomes-endocytose

Biologie Cellulaire

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Marc PouliotCentre de recherche en

Rhumatologie etImmunologie du CHUL

Bureau T1-49tel: 525-4444 poste 46105

Courriel: Marc.Pouliot@crchul.ulaval.ca

Powerpoints: http://www.marcpouliot.crchul.ulaval.ca/enseignement/index.html

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Volumes recommandés:

-GANONG, Review of Medical Physiology, Lange, 20th ed,

2001.

-GANONG, Traduction française disponible (2002) de la

19ième édition.

-GUYTON, Textbook of Medical Physiology, W.B. Saunders,

10th edition, 2000.

-GUYTON, Traduction française disponible de la 8e éd.

-LODISH, BERK, MATSUDAIRA, KAISER, KRIEGER,

SCOTT, ZIPURSKY, DARNELL, Molecular Cell Biology, H.H.

Freeman and Company, 5th edition, 2003.

http://www.whfreeman.com/lodish/

(La 3e éd. (1995) est disponible en français)

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Autres volumes de référence:-ALBERTS, JOHNSON, LEWIS, RAFF, ROBERTS, WALTER, Molecular Biology of the Cell, Garland Science, 4e éd, 2002. -KARP, Cell and molecular biology. Concepts and experiments. John Wiley & Sons, Inc., New York, 3e éd. Update 2003-LEWIN, Genes VIII. Pearson Prentice Hall. Upper Saddle River, 2004-WATSON, BAKER, BELL, GANN, LEVINE, LOSICK, Molecular Biology of the Gene. Pearson Benjamin Cummings-Cold Spring Harbor Laboratory Press, San Francisco, 5e éd., 2004

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Objectifs généraux du cours:

1. Décrire la composition, la structure de chaque organite.

2. Mettre en évidence les relations entre la composition,la structure et les fonctions de ces organites.

3. Analyser les relations métaboliques entre les organites.

4. Montrer comment la connaissance de la structure, composition et fonctionnement de la cellule peut aider la recherche contre les pathologies.

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Objectifs particuliers:

Chapitre 1 Les membranes

1. Décrire la composition et la structure des membranes de eucaryotes,en particulier celle de la membrane plasmique.

2. Préciser les principales fonctions physiologiques de la membrane plasmique.

3. Décrire le mode d’isolation de la membrane plasmique.

4. Décrire la structure moléculaire des principaux composants de lamembrane plasmique (phospholipides, cholestérol, protéines) et leurspropriétés de solubilité dans l’eau.

5. Décrire l’agencement des composants dans le modèle de la mosaïque fluide, la nature des interactions et leur rôle dans la fluidité des membranes.

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Objectifs particuliers (suite):

6. Saisir la notion d’asymétrie des membranes et de décrire la composition des surfaces externes et internes de la membrane

7. Décrire la structure générale d’un récepteur hormonal particulièrementbien caractérisé, le récepteur b2-adrénergique;d’expliquer comment ce récepteur (comme bien d’autres) est solidement lié à la bicouche lipidique;d’expliquer comment les agonistes et antagonistes agissent sur ce récepteur.

8. De décrire le métabolisme de l’acide arachidonique et son importance dans l’inflammation

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Procaryotes

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Eucaryotes

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Fonctions de la membrane plasmique

•La compartimentation (séparation de l’extérieur et l’intérieurde la cellule).

•Les échanges d’information avec d’autres cellules(récepteurs hormonaux, jonctions gap).

•La régulation du transport des ions, protéines, sucres graisses, etc..

•Les mouvements cellulaires (pseudopodes, endocytose-exocytose).

•Les phénomèmes de reconnaissance (antigène de surface)

•La régulation du métabolisme (transduction intracellulairedes signaux extracellulaires)

•Procure un site pour les réactions chimiques ne pouvantpas se produire dans un environnement aqueux

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• Lipides (phospholipides et cholestérol) (~43%)

• Protéines (récepteurs, transporteurs, enzymes) (~49%)

• Glucides (glycoprotéines ou glycophospholipides) (~8%)

Forment le squelette des membranesPas de cholestérol chez les procaryotes

Attachés plus ou moins fortement aux phospholipides (liaisons ioniques, hydrophobes, ponts hydrogène etc.)

Composition des membranes

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Phospholipides

CholestérolGlycophospho-lipide

Glycoprotéine

Protéines intégrées ou intrinsèques

Protéineextrinsèque

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Dû à leur nature amphipathique, les phospholipides s’assemblent spontanément pour former des bicouches fermées

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Structure de la bicouche lipidique

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Structure des phospholipides

Glycérol Acides gras Tête polaire

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Structure des phospholipides

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Structure des triglycérides

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- H2O

Groupes polairesou chargés

CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3

CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3

CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3

Glycérol Acides gras

Les triglycérides sont insolubles dans l’eau

Les phospholipides sont solubles dans l’eau

O- CHOLINE- CHOLINE- ETHANOLAMINEETHANOLAMINE- INOSITOLINOSITOL- SERINE- SERINE

CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3

CH2 OH HOOC- (CH2 )n-CH3

CH2 OH HO - P - O -

O

Structure des triglycérides(ou triacylglycérols) et des phospholipides

=

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Structure des phospholipides

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C

CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3

CH2

O

CH CH

O

C

CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH

CH

CH2CH2

CH2CH2CH2

CH3

O

P

OO

O O

O

CH2CH2

N (CH)+

3

2

CH2CH2

Chaînenon saturée

Chaîne saturée

Aci

de

pal

mit

iqu

e (1

6 C

)

Acide oléique (18 C)

COOH COOH COOH

111º

123º 123ºCIS

TRANS

La chaîne continuedu même côtépar rapport à la double liaison

Double liaison cis

La phosphatidyl choline

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La phosphatidyl choline en 3D

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TABLEAU 16-2ACIDES GRAS INSATURÉS D’IMPORTANCE PHYSIOLOGIQUE ET NUTRITIONNELLE.

Nombre d’atomesde carbone, et

nombre et positiondes doubles

liaisons

Série Nom usuel Nom chimique Sources

Acides monoénoïques (une double liaison)

16 :1;9 ω7 Palmitoléique Cis-9-Hexadécénoïque Dans presque toute s les graisses

18 :1;9 ω9 Oléique Cis-9-Octadécénoïque Il est possible que ce soit le plus répandu dans toutesles graisses naturelles

18 :1;9 ω9 Élaïdique Trans-9-Octadécénoïque Dans le s graisse s hydrogénées e t che z le s ruminants

22 :1;13 ω9 Érucique Cis-13-Docosénoïque Huile s de s grain es d e colz a e tde moutarde

24 :1;15 ω9 Nervonique Cis-13-Tétracosénoïque Dans le s cérébrosides

Acides dioénoïques (deux doubles liaison )s

18 :2;9,12 ω6 Linoléique Toutes-cis-6,9,12-Octadécadiénoique Huiles de maïs, d’arachid ,e de graines de coton, de sojae tde nombreux végétaux

Acides triénoïques (troi s doubles liaisons)

18 :3;6,9,12 ω6 γ-Linoléique Toutes-cis-6,9,12-Octadécatriénoïque Quelques végétaux : huile d’onagre, par exemple; acidegra s secondaire che z l’animal

18 :3;9,12 ,15 ω3 α-Linoléique Toutes-cis-9,12,15-Octadécatriénoïque Fréquemment trouvé avec l’acide linoléique, enparticuli er dan s l’huile de lin

Acides tétraénoÏque s (quatre doubles liaisons)

20;4;5,8,11,14 ω6 Arachidonique Toutes-cis-5,8,11,14-Eicosatétraénoïque Trouvé avec ’l acide linoléique dans les graissesanimales et dans l’huile d’arachide; constituantimportant des phospholipid es che z l’animal

Acides pentaénoïques (c inq doubles liaisons)

20;5;5,8,11,14,17 ω3 Timnodonique Toutes-cis-5,8,11,14,17-Eicosapentaénoïque Constituant important des huiles de poissons, comme’l huile d e foi e de morue, de maquerau, d e saumon

22;5;7,10,13,16,19 ω3 Clupanodonique Toutes-cis-7,10,13,16,19-Docosapentaénoïque Huile s de poissons, phospholipides cérébraux

Acides hexaénoïques (six doubles liaison )s

22;6;4,7,10,13,16,19 ω3 Cervonique Toutes-cis-4,7,10,13,16,19 -Docosahexaénoïque Huile s de poissons, phosholipide s cérébraux

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Polaire

Apolaire

OH

CH3

CH3

CHCH

3

CH2CH

2CH

2CH

CH3

CH3

Le cholestérol stabilise

les membranesLiaisons

hydrophobes

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Le cholestérol peut être synthétisé à partir de l’acétyl-CoA ou de l’acide mévalonique

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Les protéines sont faites d’acides aminés reliés entre eux par

des liaisons peptidiques CO-NH. Leur solubilité dépend de leur composition en acides aminés

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Acides aminés hydrophiles

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Acides aminés hydrophobes et “spéciaux”

Figure 3-2

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Les liens peptidiques relient les acides aminés en une chaîne linéaire

Figure 3-3

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NH3+- CH-COOH HNH - CH - CO - NH - CH - CO - NH - CH - CO ---- NH - CH - COO -

Rl

Rl

Rl

Rl

Rl

Charge + Charge -Possibilité de groupes chargés

ou polaires

• AA Nonchargés mais polaires (hydrophiles)

• AA Basiques (hydrophiles)

• AA Non polaires (hydrophobes)Gly-Val-Leu-Ileu-Pro-Phe-Met-Try-Cys

Asp-Glu (-COOH)

Asn-Gln (amides)-Ser-Thr-Tyr (-OH)

Lys-Arg (NH2)- Hist (-NH)

• AA Acides (hydrophiles)

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Les deux côtés d’une membrane sont asymétriques en termes de leur composition en lipides et en protéines

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Mosaïque et fluidité

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Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP)

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La méthode de fracture par congélation

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Récepteurs Adrénergiques

α1a α1b α1d

α1 α2

α2a α2b α2c 1 2 3

Gq/11 Gi Gs

Stimule l’adenylate cyclaseInhibe l’adenylate cyclaseAugmente [Ca2+]i

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En rouge, le acides aminés communs au récepteurB2-adrénergique humain

Le récepteur B1 adrénergique humain

M G A G V L V L G A S E P G N L S S A

AP S A P V L L R A A T A A G D P L PE S A P P L L S A P

S

P

E

PL

S

Q

Q

W

TA

G M GL M AL

L I VL I VL

A G NL V IV

V A I

V V IA G FT

P V VL G ML

V L DS A LA

S M I

E L WS V DT

V L CT A SV

I E TC V IL

A L D

WG

RW

E Y GS

FF

C

H2N —

Extracellular side

AK

TP

R L Q TL

T

NL

F R

V

L

A

I

T

SP

F R VQ

SLL

T

RA

AR

W W HL I PM

L F SL A SV

I A WT C VV

L G R

R A YI A SA

S V VF Y VS

P I CM A FI

V Y L

F A KV N AV

L F FL W CP

L T IG M IV

I G L

R L FF F FV

W L GA N SY

A F NI I YP

C R S

Membrane

HR

E L VP

DNT

VF

D

C

C

KP

DNY

IR

RA

ED

SE

A

K

Cytoplasmic side

PD

F R K A FQ

G

L

L

C

C

AR

R

A

A

RRRHATHGDRPRASGCLARPGPPPS

P G A A S D D D D D D V V G A T P P A R L LE

PWAGCNGGAAADSDSSLDEPCRPG

F A S E S K V — COOH

TK

LA

KQ

ER

LA

V

L

R

S

P

RRKGARGNALPATAA

AA A P R P P G P P P A P

APVPSPSPSPPRA

PG G L F R R E C S D I

K

KVQKQ

AE

RF

VR

CHO

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i2

i4

i1

Désensibilisation si phosphorylationde certains AA (seulement B1 et B2)

Noradr.

Le récepteur B2-adrénergique humain est une glycoprotéine formée de 7 domaines transmembranaires (tm1-tm7)

tm1tm2

tm3 tm4

Noradr.

La noradrénaline, l’adrénaline,les agonistes et/ou les antagonistes se lient dans une cavité formée par tm3-tm6

e1

e4e3

Liaison S-S(e2- e3)

Sites de glycosylation

Couplage avec Gs [i3(tm5-tm6)-i4]

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Le site de liaison pour l’adrénaline (et la noradrénaline) dans le récepteurb2-adrénergique se trouve dans la membrane, dans une cavité

formée par les régions transmembranaires III, IV, V and VI.

NH2

S

S

SSCOOH

HO

HO

OH

+NH2

II

III

I

VIIVI

V

IV

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