Structure des membranes

UE2 : Biologie cellulaire

17.09.13 : (Pr Lestavel)

L'architecture membranaire :

La cellule eucaryote est une cellule compartimentée grâce à des membranes biologiques et ces membranes vont s'organiser pour faire des organites.

Schéma 1 : cellule eucaryote en inter-phase :

C'est la membrane plasmique va délimité un intérieur d'un extérieur.

Intérieur = cytoplasme

Extérieur = milieu extra-cellulaire (soit liquide : cellules sanguines / soit solide : matrice extra-cellulaire )

→ Cette membrane n'est pas inerte, elle n'isole pas le cytosol de l’environnement cellulaire, elle va permettre à la cellule d'interagir avec d'autres cellules =jonctions cellulaires et avec l’environnement (composants de la matrice extra-cellulaire)

Cette interaction va se faire par des molécules de la membrane plasmique et en particulier les protéines de la membrane plasmique. La cellule eucaryote en inter-phase est compartimentée et on va retrouver des organites qui vont isoler dans l'espace et dans le temps un certain nombre de molécules et donc des réactions biochimiques.

On peut observer par les mitochondries (petits organites) bordées par 2 membranes :

• une externe qui donne la forme à la mitochondrie
• une interne contournée

Elle va permettre d'isoler le cycle de Krebs qui se fait dans la mitochondrie.

• On va retrouver le matériel génétique.(double hélice d'ADN) il est compartimenté dans le noyau.

Le noyau a lui aussi 2 membranes biologiques et la particularité de ces 2 membranes c'est d'être interrompu par les pores nucléaires. Et la particularité de cette double membrane est en continuité avec un autre compartiment : le réticulum endoplasmique.

• L'appareil de Golgi (autre compartiment) il a la particularité de se présenter sous la forme de sac aplatis non communicants et autour de cet appareil on va retrouver des vésicules délimitées par une membrane.

• On va retrouver d'autres compartiments : des vésicules (= endosomes, des vésicules de sécrétion, des lysosomes)

On a pu définir le trait de la membrane en microscopie électronique. (voir schéma polycopié)

On a des composants nucléiques des cellules.

→ Membrane = Assemblage de molécules lipidiques.

Organisation moléculaire.

Membranes biologiques : Elles sont formées d'une bicouche de lipides.

Ces bicouches ont une épaisseur de 5nm.

Cette bicouche est une structure fluide, les molécules de lipides ne sont pas des liées par des liaisons covalentes

 → interactions non covalentes. Les membranes biologiques sont formées de cette bicouche et dans cette bicouche il y a des protéines.

On a une très grande variété de protéines membranaires, 30% des protéines codées par le génome d'une cellule animale sont des protéines membranaires.

Les protéines membranaires vont assurées des fonctions différentes, des fonctions de transporteur, catalyseur. On a la synthèse d'ATP qui se fait dans la mitochondrie assurée par des catalyseurs=protéines membranaires.

On a des protéines de structures, de fonction. Des autres qui vont office de récepteurs de signaux intracellulaire. Des protéines d'adhérence (adhérer à la matrice, à l'environnement).

La bicouche lipidique est fluide mais elle fait obstacle au passage des petites molécules hydrosolubles, elle est imperméable à ces molécules. C'est grâce aux protéines insérées dans cette membrane qu'il va pouvoir y avoir le passage de ces molécules hydrosolubles.

Schéma 2 : Membrane biologique :

Bicouche de lipides. Il y a des protéines.

 La microscopie électronique à transmission va nécessiter la préparation des échantillons et pour cela on va faire une fixation au tétroxyde d'osmium OSO4 → rôle de contraster l'image et de donner une image. Il a pour caractéristique de se déposer dans les zones plutôt hydrophiles.

Membrane plasmique d'une hématie humaine :

Il faut des modèles pour isoler un événement, des données, pour élaborer des hypothèses. Et on va les tester dans les organismes complexes.

Le modèle qui a été choisi c'est l'hématie = sac délimité par une simple membrane sans noyau et sans organites.  

La structure générale des membranes sera la mm qq soit l'organite considéré mais chaque membrane aura des natures et des compositions différentes.

Quand on regarde en microscopie électronique après fixation une hématie humaine on voit la membrane plasmique, le cytosol(l'intérieur). Le trait qui correspond à cette membrane plasmique ce n'est pas un seul trait, il se présente sous la forme 2 feuillets sombres et 1 feuillet clair.

→ 2 Feuillets sombres : tétroxyde d'osmium qui s'est déposé.

Les molécules de lipides sont dans la majeure partie des glycéro phospholipides. Un glycéro phospholipide est une molécule qui condense sur une molécule de glycérol 2 acides gras et une molécule de phosphate. On a un groupement (choline par exemple). Ces glycéro phospholipides = les phospholipides. (ce sont les + abondants)

Ces glycéro phospholipides dans leur ensemble sont dit amphipatiques ou amphiphiliques (partie hydrophobe et hydrophile)

On voit qu'on va pouvoir délimiter une tête hydrophile et une queue hydrophobe occupée par les acides gras (longueur variable entre 14 et 24 carbone) Ce n'est pas forcément le mm acide gras en 1 et en 2. On a un acide gras saturé et insaturé. Cela va former un coude. (double liaison) et la proportion d'acides gras va affecter la fluidité de la membrane biologique. (voir schéma diapo)

Dans les conditions du milieu aqueux ces molécules phospholipides vont formées des bicouches. Cette formation est spontanée (pas besoin d'énergie) c'est qqch qui a été découvert il y a 100ans.

Les quatre phospholipide principaux des membranes plasmiques des mammifères :

On a des glycéro phospholipides et des sphingolipides.

Dans la membrane biologique, il y a 50% de lipides , le reste c'est des protéines.

On la phospholipide éthanolamine (le nom du phospholipide vient du regroupement), choline et sphingolipides. (neutre) alors que la phospholipide sérine a une charge négative.

Les têtes des phospholipides varient en taille. Parfois on peut avoir perdu le groupement et donc on aura par exemple que le phosphate et donc on aura un acide phosphatidique. On peut aussi avoir des structures  phospholipidiques qui ont un seul acide gras, donc qui ont perdu un acide gras = lisophospholipides.