Scheda di revisione: Cours 2 - Membrane plasmique et transports

📋 Plan du Cours

1. Fonctions de la membrane plasmique
2. Architecture en bicouche lipidique
3. Composition biochimique membranaire
4. Protéines membranaires
5. Glycocalyx et reconnaissance cellulaire
6. Perméabilité et gradients
7. Transports passifs
8. Transports actifs et cotransports
9. Pompe sodium-potassium
10. Endocytose et devenir vésiculaire
11. Phagocytose et exocytose

📖 1. Fonctions de la membrane plasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Sépare le cytoplasme du milieu extracellulaire, donne sa forme à la cellule en lien avec le cytosquelette et contrôle les échanges avec l’extérieur.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

• Les quatre fonctions majeures de la membrane plasmique sont le transport contrôlé dans les deux sens, la communication intercellulaire, l’adhésion des cellules entre elles ou à la matrice extracellulaire et la motilité cellulaire liée au cytosquelette.

Compléments

• La structure de la membrane plasmique dépend essentiellement des lipides, tandis que la plupart de ses fonctions dépendent des protéines.

💡 Astuce mémo

Délimiter, transporter, communiquer, adhérer, bouger

📖 2. Architecture en bicouche lipidique

🔑 Notions clés & Définitions

• Bicouche lipidique : Formée de deux feuillets de lipides, dont le feuillet externe est en contact avec le milieu extracellulaire et le feuillet interne avec le cytosol.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Les membranes des organites ont une organisation générale similaire à celle de la membrane plasmique, mais leurs compositions en lipides et en protéines diffèrent, ce qui leur confère des fonctions différentes.

Compléments

• Singer et Nicholson ont mis en évidence la structure générale de la membrane plasmique en 1972.

• Les protéines sont enchâssées dans les deux feuillets de la bicouche lipidique.

💡 Astuce mémo

Deux feuillets, un cœur hydrophobe

📖 3. Composition biochimique membranaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Phospholipide : Amphiphile possède une tête polaire hydrophile contenant un phosphate et un radical, ainsi qu’une queue apolaire hydrophobe formée de deux chaînes hydrocarbonées, le plus souvent des acides gras.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

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

• La fraction lipidique membranaire est composée en moyenne de 55 % de phospholipides, 25 % de cholestérol et 20 % de glycolipides en masse.

🔄 Processus — En milieu aqueux, les phospholipides s’auto-agrègent avec leurs têtes hydrophiles au contact de l’eau et leurs chaînes hydrophobes enfouies au centre de la membrane.

Compléments

📌 Le cœur hydrophobe de la bicouche constitue une barrière difficilement franchissable pour de nombreuses molécules hydrosolubles, qui nécessitent alors des protéines de transport.

💡 Astuce mémo

50-40-10

📖 4. Protéines membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Protéine transmembranaire : Traverse toute l’épaisseur de la membrane et possède une région hydrophobe intramembranaire de 20 à 30 acides aminés, souvent organisée en hélice alpha, ainsi que des régions hydrophiles de part et d’autre.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Les trois classes de protéines membranaires sont les protéines transmembranaires ou intrinsèques, les protéines ancrées par un ou plusieurs lipides et les protéines périphériques ou extrinsèques.

📌 Les protéines transmembranaires sont les seules à pouvoir exercer une fonction des deux côtés de la bicouche lipidique, notamment comme transporteurs ou récepteurs.

📌 Les protéines ancrées par un lipide sont totalement extérieures à la bicouche, fixées par une liaison covalente à un seul feuillet, tandis que les protéines périphériques sont liées par des interactions de faible énergie à des lipides ou à des protéines membranaires.

Compléments

• Les régions extracellulaires des protéines transmembranaires et des protéines ancrées par un lipide sont glycosylées.

• La clathrine est une protéine périphérique impliquée dans l’endocytose et la spectrine est une protéine périphérique du cytosquelette.

💡 Astuce mémo

Traverser, ancrer, périphérie

📖 5. Glycocalyx et reconnaissance cellulaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Glycocalyx : Un feutrage de filaments glucidiques fins et ramifiés situé uniquement sur la face extracellulaire de la membrane plasmique.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

• Les glucides du glycocalyx proviennent à 7 % des glycolipides et à 93 % des glycoprotéines.

• Le glycocalyx protège la membrane plasmique et participe à la reconnaissance antigénique, notamment par certains antigènes des groupes sanguins A, B, AB et O.

📌 Les glycoprotéines CAM participent à l’adhésion entre les cellules, tandis que les glycoprotéines SAM participent à l’adhésion à la matrice extracellulaire.

Compléments

• Le ganglioside GM1 peut servir de récepteur à la toxine du choléra ou à des virus de la grippe et faciliter leur entrée dans la cellule.

💡 Astuce mémo

Protection, reconnaissance, adhésion

📖 6. Perméabilité et gradients

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient de concentration : La différence de concentration d’une molécule non chargée entre les deux côtés de la membrane, et sa diffusion se fait du compartiment le plus concentré vers le moins concentré jusqu’à l’équilibre.
• Gradient électrochimique : Des molécules chargées associe le gradient de concentration au gradient électrique lié au potentiel de membrane et à la nature de la charge, cationique ou anionique.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Les transports perméatifs concernent les ions et les petites molécules sans modification morphologique visible ni intervention du cytosquelette, tandis que les transports cytotiques concernent les macromolécules et les particules avec déformation membranaire.

📌 Plus une molécule est petite et hydrophobe, plus elle diffuse rapidement à travers la bicouche lipidique.

• L’eau diffuse à environ 10⁻² cm par seconde à travers la bicouche lipidique, tandis que les ions diffusent à environ 10⁻¹² cm par seconde, vitesse incompatible avec le fonctionnement cellulaire.

Compléments

• Les gaz comme l’oxygène, l’azote, le dioxyde de carbone et le monoxyde d’azote ainsi que les hormones liposolubles diffusent rapidement dans une bicouche dépourvue de protéines.

💡 Astuce mémo

Petit et hydrophobe passent mieux

📖 7. Transports passifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Transport passif : Ne consomme pas d’énergie extérieure et se fait toujours dans le sens du gradient de concentration ou du gradient électrochimique.
• Diffusion simple : Permet le passage direct des molécules hydrophobes et des petites molécules polaires non chargées à travers la bicouche, sans intervention de protéines, avec une vitesse proportionnelle à leur concentration.
• Perméase : Une protéine de transport intervenant dans le passage passif de molécules qui traversent peu ou pas la bicouche lipidique, comme les transporteurs de glucose GLUT1 à GLUT5.
• Canal protéique : Forme un pore ouvert simultanément des deux côtés de la membrane, ne change généralement pas de conformation pendant le transport et permet un passage très rapide et sélectif.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

• Les aquaporines permettent le passage sélectif de l’eau à environ 3 milliards de molécules par seconde sans laisser passer les ions.

Compléments

• Les gaz, les hormones liposolubles, l’eau, l’urée, l’éthanol et le glycérol peuvent traverser par diffusion simple.

💡 Astuce mémo

Sans énergie, selon le gradient

📖 8. Transports actifs et cotransports

🔑 Notions clés & Définitions

• Transport actif : Fait traverser des molécules contre leur gradient de concentration ou leur gradient électrochimique, nécessite une énergie cellulaire et utilise obligatoirement une perméase.
• Cotransport : Utilise l’énergie libérée par la dissipation du gradient électrochimique d’un ion, le plus souvent Na⁺, pour déplacer une autre molécule contre son gradient.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

📌 Un symport transporte l’ion et la molécule associée dans le même sens, tandis qu’un antiport les transporte en sens opposés.

• Dans les entérocytes, le symport Na⁺/glucose du pôle apical fait entrer le glucose contre son gradient grâce au gradient électrochimique du sodium, puis un transporteur GLUT basal permet sa sortie passive vers le liquide extracellulaire.

• L’échangeur Na⁺/Ca²⁺ utilise le gradient du sodium pour expulser activement le calcium et maintenir sa concentration à environ 10⁻⁷ M dans une cellule non stimulée.

Compléments

• L’échangeur Na⁺/H⁺ utilise le gradient du sodium pour expulser activement les protons et maintenir le pH cytosolique autour de 7.

💡 Astuce mémo

Le sodium entraîne

📖 9. Pompe sodium-potassium

🔑 Notions clés & Définitions

• Pompe Na⁺/K⁺ : La pompe Na⁺/K⁺ ATPase expulse trois ions Na⁺ vers le milieu extracellulaire et fait entrer deux ions K⁺ dans le cytosol contre leurs gradients électrochimiques en hydrolysant de l’ATP.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

🔄 Processus — La phosphorylation de la pompe provoque son passage de la conformation E1, ouverte vers le cytosol, à la conformation E2, ouverte vers le milieu extracellulaire, puis la déphosphorylation ramène la pompe à la conformation E1.

🔄 Processus — Dans le cycle, trois Na⁺ se fixent côté cytosolique, l’ATP phosphoryle la pompe et permet leur sortie, puis deux K⁺ se fixent côté extracellulaire et leur fixation déclenche la déphosphorylation et leur entrée dans le cytosol.

📌 La pompe Na⁺/K⁺ maintient les gradients électrochimiques du sodium et du potassium, indispensables au potentiel membranaire et au fonctionnement des canaux tension-dépendants.

Compléments

• La pompe Na⁺/K⁺ contribue à maintenir environ 145 mM de Na⁺ dans le milieu extracellulaire contre 5 à 15 mM dans le cytosol.

💡 Astuce mémo

3 Na⁺ dehors, 2 K⁺ dedans

📖 10. Endocytose et devenir vésiculaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Endocytose : L’endocytose internalise des particules ou des macromolécules par invagination de la membrane plasmique, suivie de la fermeture de cette invagination en une vésicule.
• Endocytose à clathrine : L’endocytose à clathrine est une internalisation sélective dans laquelle un ligand se lie spécifiquement à un récepteur membranaire, recruté dans un puits recouvert de clathrine.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

🔄 Processus — Les vésicules recouvertes de clathrine mesurent environ 100 à 150 nm, sont stabilisées par une cage de clathrine reliée à la membrane par l’adaptine, puis se détachent grâce à la dynamine et perdent leur revêtement grâce aux ATPases HSP-70.

🔄 Processus — Les vésicules d’endocytose dénudées fusionnent entre elles ou avec un endosome précoce, puis les endosomes mûrissent par acidification, acquisition d’enzymes et déplacement vers le noyau avant leur prise en charge par les lysosomes.

• Lors de l’endocytose des LDL, le pH de 6 à 6,5 dans l’endosome précoce sépare les LDL de leurs récepteurs, qui sont recyclés vers la membrane plasmique, tandis que les LDL sont dégradées dans les lysosomes en cholestérol libre.

Compléments

📌 Les lysosomes assurent la dégradation enzymatique des molécules endocytées après maturation des endosomes précoces ou des phagosomes.

💡 Astuce mémo

Invagination, maturation, lysosome

📖 11. Phagocytose et exocytose

🔑 Notions clés & Définitions

• Phagocytose : Internalise des particules de plus de 250 nm, notamment des cellules mortes, des cellules endommagées, des bactéries ou des fibres d’amiante, afin de les éliminer.
• Exocytose : L’exocytose exporte des molécules vers le milieu extracellulaire par fusion d’un grain de sécrétion avec la membrane plasmique.

📝 Points essentiels

★ À maîtriser

🔄 Processus — Lors de la phagocytose, la reconnaissance de la particule par un récepteur déclenche une réorganisation du cytosquelette, l’émission de pseudopodes, leur fusion autour de la particule et la formation d’un phagosome.

🔄 Processus — Lors de l’exocytose, une vésicule issue d’expansions de l’appareil de Golgi perd rapidement son revêtement protéique, mûrit, puis fusionne avec la membrane plasmique; son contenu luminal est libéré à l’extérieur et ses protéines membranaires rejoignent la membrane plasmique.

Compléments

• Les macrophages, les polynucléaires neutrophiles et les polynucléaires éosinophiles sont des phagocytes professionnels, tandis que les cellules épithéliales phagocytent avec une moindre efficacité.

💡 Astuce mémo

Englober ou exporter

📊 Tableaux de synthèse

Types de transport membranaire

Type	Énergie	Passage
Diffusion simple	Aucune	Molécules hydrophobes ou petites molécules polaires non chargées selon le gradient
Transport passif protéique	Aucune	Ions ou molécules peu perméables selon le gradient
Cotransport	Gradient électrochimique ionique	Une molécule contre son gradient grâce au déplacement passif d’un ion
Pompe ATP-dépendante	Hydrolyse de l’ATP	Ions contre leur gradient électrochimique
Transport cytotique	ATP ou GTP	Macromolécules et particules par vésicules

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. La bicouche lipidique assure la structure, mais elle ne réalise pas seule la majorité des fonctions membranaires.
2. Le feuillet externe ne correspond pas au feuillet en contact avec le cytosol.
3. Les têtes sont hydrophiles et orientées vers l’eau, contrairement aux queues hydrophobes.
4. Les protéines transmembranaires ne sont pas entièrement hydrophiles.
5. Le glycocalyx n’est pas présent sur la face cytosolique.
6. Le gradient de concentration concerne les molécules non chargées, contrairement au gradient électrochimique.
7. Un transport contre le gradient nécessite une source d’énergie et relève du transport actif.