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Agenda
• « La protéine membranaire »
• Nature
• Classification
• Organisation
• Rôle
protéines
membranaire (rappel)
Intro
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
Dans le génome humain, on estime qu'il y a environ
5500 gènes qui codent une protéine avec une région transmembranaire en hélice, soit
environ
. 26 % des gènes codant pour des protéines.• 50 % des cibles pharmaceutiques
Les protéine de la membrane plasmique ont différents fonctions
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
TRANSPORTEURS ANCRAGE RECEPTEURS ENZYMES
Espace
extracellulaire
Espace
intracellulaire
Autres propriétés de la membrane plasmique
Réception de messages- Communication intercellulaires par des messages
chimiques
- Récepteur, second messager
Reconnaissance- Protéines caractéristiques de l’individu
Adhérence cellulaire- Adhérence cellule à cellule
- Adhérence cellule à MEC (matrice extra cellulaire)
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
T r a n s p o r t D é f e n s e
Généralités
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
► Les protéines membranaires assurent la plus grande partie des fonctions spécialisées de la
cellule vis-à-vis de son environnement.
►Elles constituent environ 50 % du poids sec de la membrane.
►Leur classification repose sur la façon dont elles sont disposées dans la membrane.
Rappel sur les protéines :
– Les protéines sont synthétisées par traduction des ARNm.
– Elles sont composées d’acides aminés reliés les uns aux autres par des
liaisons covalentes : les liaisons peptidiques.
– Elles possèdent chacune une extrémité N-terminale et une extrémité
C-terminale
la signalisation cellulaire
Interaction des protéines avec les membranes
Protéines membranaires
intrinsèques Protéines membranaires
périphériques
Solubilisables après destruction de la
membrane par des détergentsSolubilisables par des moyens physico-chimiques doux
(pH, concentration de sel)
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
Différentes protéines sont associées aux membranes de différentes façons
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
On distingue différentes formes d'associations protéiques à la membrane :
•Les protéines transmembranaires - constituées d'une chaîne polypeptidique qui traverse une au plusieurs
fois la double couche lipidique (type 1).
•Les protéines membranaires intrinsèques - ancrées par un
phospholipide ou un groupement prényl (chaîne lipidique)
(type 2).
•Les protéines membranaires périphériques - ancrées par une
protéine transmembranaire (type 3).
Associations protéiques à la membrane plasmique ►
Les protéines intrinsèques
a) Les protéines transmembranaires
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STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
Ces protéines :
• Sont liées de façon très étroite à la membrane et donc très difficiles à extraire.
Pour les purifier on utilise soit des détergents (ex : Triton X 100 ou SDS) soit des solvants organiques.
• Traversent la membrane une ou plusieurs fois. Quand elles la traversent une fois elles sont bitopiques, quand
elles la traversent plusieurs fois elles sont polytopiques.
Les interactions entre les lipides membranaires et les protéines transmembranaires sont non-covalentes et se
font par l’intermédiaire des acides aminés hydrophobes de la protéine.
Principe d’action des détergents
détergent
ionique
détergent non-
ionique
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
Les protéines intrinsèques
a) Les protéines transmembranaires
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STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
• Les domaines transmembranaires s’étendent en général sur une vingtaine d’acides aminés et sont souvent
organisés en hélice α
• Les domaines extracellulaires et cytosoliques de ces protéines sont généralement hydrophiles.
• Les parties extracellulaires de la protéine peuvent être glycosylées.
Il existe certaines protéines transmembranaires qui ne traversent pas la membrane de part en part et qui ont un
domaine transmembranaire en épingle à cheveux (Ex : la cavéoline entre et ressort côté cytosolique). On Parle
de protéines monotopiques.
Le domaine transmembranaire des protéines est souvent constitué d’hélices a hydrophobes
21 acides aminés hydrophobes
On peut prédire la présence d’une portion transmembranaire d’une
protéine par la présence d’une série de 20 à 25 AA hydrophobes
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
Identification des hélices α transmembranaires
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Cours de Cytologie
Identification des hélices α transmembranaires :
localisation membranaire de la glycophorine A (érythrocytaire)
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Cours de Cytologie
Exemple d’une protéine polytopique Rhodopsine
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Cours de Cytologie
Rhodopsin motions predicted by the ANM
Les protéines intrinsèques
b) Les protéines ancrées
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Il existe des protéines liées au feuillet interne de la membrane plasmique par l’intermédiaire :
– d’un acide gras : ce sont les protéines acylées ;
– d’un alcool gras : ce sont les protéines prénylées.
Dans les deux cas, la protéine est liée de façon covalente avec l’acide ou l’alcool gras et ce dernier fait des
interactions hydrophobes avec les lipides membranaires du feuillet interne (ex : les protéines G).
Il existe également des protéines ancrées dans le feuillet externe par l’intermédiaire du phosphatidylinositol.
Ces protéines sont dites glypiées ou ancrées par le GPI (Glycosyl Phosphatidyl Inositol).
La liaison entre le phosphatidylinositol et la protéine est covalente et les acides gras du phosphatidylinositol
font des interactions hydrophobes avec les lipides membranaires du feuillet externe de la membrane plasmique.
Ces protéines sont associées à des lipides membranaires
par liaison covalente.
Les protéines ancrées
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Cours de Cytologie
Différents types de protéines membranaires.Adaptée depuis Molecular Biology of the Cell ©
Certaines protéines membranaires sont ancrées à la membrane (lipidation)
DYNAMIQUE MEMBRANAIRE
LA COMMUNICATION CELLULAIRE
Cours de Cytologie
N-Myristoylation S-Palmitoylation
Extracellulaire
Intracellulaire
Les protéines extrinsèques (ou périphériques)
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STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
Ces protéines peuvent se trouver du côté extracellulaire ou cytosolique.
Elles ne sont jamais liées de façon covalente à la bicouche lipidique, elles font des interactions faibles
(liaisons hydrogènes ou ioniques) avec :
– les têtes polaires des lipides membranaires ;
– les régions polaires de protéines intrinsèques.
Ces protéines se détachent de la membrane (et donc se purifient) par simple modifi cation du pH ou de la
force ionique.
Les protéines extrinsèques extracellulaires peuvent être glycosylées.
Exemple d’association des protéines périphérique (extrinsèques)
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Cours de Cytologie
+
+
Aassociation avec des protéines intégrales
Loophydrophobe
Hélix α
AmphipathiqueInteractions ionique
et liaisons
hydrogène
Exemple d’association des protéines périphérique (intrinsèques)
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Cours de Cytologie
Boucle hydrophobePetits peptides secrétés qui déstructurent les membranes
Cardiotoxine A5Défensine
Hill 1991 Sun 1997
Exemple d’association des protéines périphérique (intrinsèques)
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Cours de Cytologie
lipidation
= Ancre GlycosylPhosphatidylInositol
Groupement farnesyl
ou géranylgéranyl
Exemple d’association des protéines périphérique (intrinsèques)
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Cours de Cytologie
Ancrage
électrostatique
Annexines
Insertion des protéines dans les membranes
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Cours de Cytologie
Exemple d’une protéine chez les procaryotes
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Cours de Cytologie
Figure ci-contre : schéma de la diacylglycérol kinase
dans la membrane interne de Escherichia coli.
Exemple d’association chez les eucaryotes
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Cours de Cytologie
Liver cytochrome b5 in association with a membrane.
diffusion des protéines membranaires
Dynamique des molécules des membranes
Diffusion latérale des lipides et des protéines
Transport à travers la bicouche lipidique
Réactions aux interfaces
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Cours de Cytologie
Dynamique des molécules des membranes
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
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Cours de Cytologie
Mouvements des protéines au sein de la membrane.
Seulement deux types de mouvements sont possibles pour les protéines :
– rotation sur elle-même ;
– diffusion latérale (phénomène mis en évidence par des expériences de fusion cellulaire).
ATTENTION : les protéines ne font pas de flip-flop !
Les lipides et les protéines peuvent diffuser rapidement dans le plan de la membrane
Fluorescence Recovery After Photobleaching (FRAP)
Coefficients de diffusion latérale:Lipides 1-2 mm2/s
Protéines membranaires périphériques 1 mm2/s
Protéines membranaires intrinsèques 0.1-0.5 mm2/s
Attachement au cytosquelette 10-4 mm2/s
t = r2/D
t
r
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Cours de Cytologie
D : coefficient de diffusion
Les restrictions de mouvements protéiques dans la membrane plasmique
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
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Cours de Cytologie
Limitation de la mobilité d'une protéine membranaire dans un domaine : cellule épithéliale
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
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Cours de Cytologie
En résumé ! Protéines membranaires
• Transmembranaires
– agissent des deux côtés de la membrane
– transport de molécules
– comprennent les récepteurs
• reconnaissance extra cellulaire
• message intra cellulaire
• Non transmembranaires
– associées aux lipides et/ou protéines d'une seule face de la
membrane
– eg : médiation chimique intra cellulaire (moitié cytosolique de
la membrane)
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
En résumé ! Protéines membranaires
Protéines transmembranaires
• Toujours orientation unique dans la membrane
• Dû à la synthèse dans le réticulum endoplasmique
• Presque toujours en hélice Ou cylindre
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
En résumé ! Protéines membranaires
Protéines transmembranaires
• Toujours orientation unique dans la membrane
• Dû à la synthèse dans le réticulum endoplasmique
• Presque toujours en hélice Ou cylindre
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
Protéine membranaires intrinsèque
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
Comment maintenir l’asymétrie membranaire
PHYSIOLOGIE MEMBRANAIRE
STRUCTURE ET COMPOSITION DE LA MEMBRANE PLASMIQUE
Cours de Cytologie
A : interactions entre protéines :auto-assemblage de gros agrégats
B : interactions avec des assemblages de macromolécules à l’extérieur
de la cellule
C : interactions avec des assemblages de macromolécules à l’intérieur
de la cellule
D : interactions avec les protéines membranaires d’une autre cellule
En limitant la mobilité latérale des protéines
– Connaître les trois catégories de protéines membranaires et leur disposition dans la membrane plasmique.
– Savoir par quels moyens ces protéines sont en contact avec la membrane plasmique.
– Connaître des exemples de fonction de ces protéines au sein de la membrane plasmique.