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Biologie Cellulaire (BIO-1900) Section CYTOLOGIE (membranes) Automne 2009 Professeur: Marc Pouliot MP 190802 2
Biologie Cellulaire 1. Les membranes 2. La surface cellulaire 3. Les mitochondries 4. Le réticulum endoplasmique 5. L’appareil de Golgi-exocytose 6. Les lysosomes-endocytose MP 190802 3
Marc Pouliot Centre de recherche en Rhumatologie et Immunologie du CHUL Bureau T 1 -49 tel: 525 -4444 poste 46105 Courriel: Marc. Pouliot@crchul. ulaval. ca Powerpoints: http: //www. marcpouliot. crchul. ulaval. ca/ enseignement/index. html MP 190802 4
Volumes recommandés: -GANONG, Review of Medical Physiology, Lange, 20 th ed, 2001. -GANONG, Traduction française disponible (2002) de la 19 ième édition. -GUYTON, Textbook of Medical Physiology, W. B. Saunders, 10 th edition, 2000. -GUYTON, Traduction française disponible de la 8 e éd. -LODISH, BERK, MATSUDAIRA, KAISER, KRIEGER, SCOTT, ZIPURSKY, DARNELL, Molecular Cell Biology, H. H. Freeman and Company, 5 th edition, 2003. http: //www. whfreeman. com/lodish/ (La 3 e éd. (1995) est disponible en français) MP 190802 5
Autres volumes de référence: -ALBERTS, JOHNSON, LEWIS, RAFF, ROBERTS, WALTER, Molecular Biology of the Cell, Garland Science, 4 e éd, 2002. -KARP, Cell and molecular biology. Concepts and experiments. John Wiley & Sons, Inc. , New York, 3 e 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, 5 e éd. , 2004 MP 190802 6
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. MP 190802 7
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 la membrane plasmique (phospholipides, cholestérol, protéines) et leurs propriétés 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. MP 190802 8
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 particulièrement bien caractérisé, le récepteur b 2 -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 MP 190802 9
Procaryotes MP 190802 10
Eucaryotes MP 190802 11
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Fonctions de la membrane plasmique • La compartimentation (séparation de l’extérieur et l’intérieur de 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 intracellulaire des signaux extracellulaires) • Procure un site pour les réactions chimiques ne pouvant pas se produire dans un environnement aqueux MP 190802 13
Composition des membranes • Lipides (phospholipides et cholestérol) (~43%) Forment le squelette des membranes Pas de cholestérol chez les procaryotes • Protéines (récepteurs, transporteurs, enzymes) (~49%) Attachés plus ou moins fortement aux phospholipides (liaisons ioniques, hydrophobes, ponts hydrogène etc. ) • Glucides (glycoprotéines ou glycophospholipides) (~8%) MP 190802 14
Glycoprotéine Phospholipides Cholestérol Glycophospholipide Protéines intégrées ou intrinsèques Protéine extrinsèque MP 190802 15
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Dû à leur nature amphipathique, les phospholipides s’assemblent spontanément pour former des bicouches fermées MP 190802 19
Structure de la bicouche lipidique MP 190802 20
Structure des phospholipides Glycérol Acides gras Tête polaire MP 190802 21
Structure des phospholipides MP 190802 22
Structure des triglycérides MP 190802 23
Structure des triglycérides (ou triacylglycérols) et des phospholipides Glycérol Acides gras CH 2 OH HOOC- (CH 2 )n-CH 3 Les triglycérides sont insolubles dans l’eau CH 2 OH HOOC- (CH 2 )n-CH 3 - H 2 O CH 2 OH HOOC- (CH 2 )n-CH 3 Les phospholipides sont solubles dans l’eau = CH 2 OH HOOC- (CH 2 )n-CH 3 O Groupes polaires - CHOLINE CH 2 OH HO - P - O - ETHANOLAMINE ou chargés O - INOSITOL - SERINE MP 190802 24
Structure des phospholipides MP 190802 25
La phosphatidyl choline + CH 2 N (CH) CH 2 3 COOH O P O O Acide palmitique (16 C) Chaîne saturée CH 2 CH O CH 2 Chaîne non saturée O C O CH 2 TRANS CH 2 111º 123º CH 2 CH 2 Double liaison cis CH 2 CH 2 CH 3 CH CH 2 123º CIS La chaîne continue du même côté par rapport à la double liaison CH 2 CH 3 Acide oléique (18 C) MP 190802 26
La phosphatidyl choline en 3 D MP 190802 27
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OH Polaire Apolaire CH 3 CH CH 2 2 CH CH CH 3 3 Le cholestérol stabilise les membranes Liaisons hydrophobes MP 190802 31
Le cholestérol peut être synthétisé à partir de l’acétyl-Co. A ou de l’acide mévalonique MP 190802 32
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 MP 190802 33
Acides aminés hydrophiles MP 190802 34
Acides aminés hydrophobes et “spéciaux” Figure 3 -2 MP 190802 35
Les liens peptidiques relient les acides aminés en une chaîne linéaire Figure 3 -3 MP 190802 36
NH 3+- CH-COOH HNH - CH - CO - NH - CO ---- NH - COO l l l R R R Charge + Possibilité de groupes chargés ou polaires - Charge - • AA Acides (hydrophiles) Asp-Glu (-COOH) • AA Basiques (hydrophiles) Lys-Arg (NH 2)- Hist (-NH) • AA Nonchargés mais polaires (hydrophiles) Asn-Gln (amides)-Ser-Thr-Tyr (-OH) • AA Non polaires (hydrophobes) Gly-Val-Leu-Ileu-Pro-Phe-Met-Try-Cys MP 190802 37
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Les deux côtés d’une membrane sont asymétriques en termes de leur composition en lipides et en protéines MP 190802 41
Mosaïque et fluidité MP 190802 42
Fluorescence recovery after photobleaching (FRAP) MP 190802 43
La méthode de fracture par congélation MP 190802 44
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Récepteurs Adrénergiques a a , a 1 a a 1 1 b Gq/11 Augmente [Ca 2+]i 1 d a , a 2 a b 2 2 b 2 c Gi Inhibe l’adenylate cyclase b , b 1 2 3 Gs Stimule l’adenylate cyclase MP 190802 46
Le récepteur B 1 adrénergique humain CHO H 2 N — M G A G V L G A S E P G N L S S A A E S A P P L L S A P P S A P V L L R A A T A A G D P L P S Y N P I D R E P R P K A L C S E C D Q D E Y G S Q W F S E W R V F E L V A T G T F P R A K N H D C W E L W G M G V V I W W H R A Y F A K R L F T S V D L L M A T A G F M L I P A I A S V V N A V F F F V L C L I V P V V L F S S V V L F F W L G V T A S L L I V L L G M V L A S S F Y V P L W C Y A N S I E T A G N V L D I A W P I C L T I A F N L C V I V L V I A S A L V T C V I M A F V G M I P I I Y A L D V A I S M I L G R V Y L I G L C R S F R T P R A A K D L R V K V F R L K A F N F A A T L R K Q T Q R E P E A L G A R L R T Q Q T K Q I L L L V T A L K L S V C K S P G G L F R R E C S D I Q L C F R V P R A A R P P S P S P V P S R A P R A A P R P P G P P P A P R A A T A P L A N G R A G K R A R R P P P G P R A L C G S A R P R D G H T A H R S P G A A S D D D V V G A T P P A R L L E P R C P E D L S S D A A A G G N C G A W P G F A S E S K V — COOH Extracellular side Membrane Cytoplasmic side En rouge, le acides aminés communs au récepteur B 2 -adrénergique humain MP 190802 47
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Le récepteur B 2 -adrénergique humain est une glycoprotéine formée de 7 domaines transmembranaires (tm 1 -tm 7) Sites de glycosylation Liaison S-S (e 2 - e 3) e 1 e 4 e 3 La noradrénaline, l’adrénaline, les agonistes et/ou les antagonistes se lient dans une cavité formée par tm 3 -tm 6 Noradr. tm 1 tm 2 Couplage avec Gs [i 3(tm 5 tm 6)-i 4] i 1 tm 3 tm 4 i 2 Désensibilisation si phosphorylation de certains AA (seulement B 1 et B 2) i 4 MP 190802 49
Le site de liaison pour l’adrénaline (et la noradrénaline) dans le récepteur b 2 -adrénergique se trouve dans la membrane, dans une cavité formée par les régions transmembranaires III, IV, V and VI. NH 2 VI VII V HO S HO I OH +NH S 2 IV II III S S COOH MP 190802 50
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