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Biologie-Membrane cellulaire et transport transmembranaire de substances
Il s'agit d'une carte mentale sur la biologie : les membranes cellulaires et le transport transmembranaire des substances. Elle résume la composition chimique et les caractéristiques biologiques des membranes cellulaires, le transport transmembranaire des petites molécules et des ions, etc.
Editado em 2023-12-05 19:22:58
Biologie-Membrane cellulaire et transport transmembranaire de substances
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Membrane cellulaire et transport de substances à travers les membranes
Composition chimique et propriétés biologiques de la membrane cellulaire
composition chimique de la membrane cellulaire
Les lipides membranaires forment le squelette structurel des membranes cellulaires
Les phospholipides sont les principaux composants des lipides membranaires
Glycérophospholipides
Phosphatidylcholine (située dans la couche interne de la membrane lipidique, en petites quantités, Mais cela joue un rôle vital)
Phosphatidyléthanolamine
Phosphatidylsérine
Phosphatidylsérine
Caractéristiques communes : Avec le glycérol comme squelette, les groupes 1 et 2 hydroxyle de la molécule de glycérol forment respectivement des liaisons lipidiques avec les acides gras. Le groupe hydroxyle en position 3 forme une liaison lipidique avec le groupe phosphate
Sphingomyéline
Seul phospholipide qui n'utilise pas le glycérol comme squelette, sa teneur dans les membranes est faible, mais sa teneur dans les membranes cellulaires est élevée. Principalement synthétisé dans le complexe de Golgi
Rôle : Participer à diverses activités cellulaires, telles que la prolifération cellulaire, la différenciation et l'apoptose, etc.
Le cholestérol stabilise les membranes cellulaires et régule la fluidité membranaire
La teneur est plus élevée dans les membranes des cellules animales et moindre dans les plantes, représentant environ 2 % des lipides membranaires. C'est également une molécule amphipathique, avec un cycle stérol au milieu et un groupe hydroxyle connecté au cycle stérol en guise de tête.
Fonction : Il joue un rôle important dans la régulation de la fluidité de la membrane et dans le renforcement de la stabilité de la membrane. Le stérol hydrophobe est plat et rigide. Il se fixe sur la chaîne hydrocarbonée près de la tête de la molécule phospholipidique et interfère avec le mouvement de la queue de la chaîne d'acide gras du phospholipide.
Les glycolipides sont principalement situés du côté non cytoplasmique de la membrane plasmique.
Propriétés : C'est une molécule lipidique hydrophile, composée de lipides et d'oligosaccharides
Existence : Communément trouvé à la surface des membranes cellulaires procaryotes et eucaryotes, Le contenu représente moins de 5 % du total
Dans toutes les cellules, les glycolipides sont situés dans la monocouche non cytolipidique de la bicouche lipidique. Les groupes de sucre sont exposés à la surface des cellules
Fonction : comme support, contenant des médicaments ou de l'ADN, et les transférant dans des cellules pour étudier leurs effets biologiques Peut être préparé avec des phospholipides simples ou mixtes et peut également intégrer différentes protéines membranaires
La bicouche lipidique présente les caractéristiques d’une structure idéale pour les membranes biologiques
Forme une barrière séparant deux environnements solubles dans l’eau
La double couche membranaire est continue et a tendance à fusionner avec elle-même pour former une cavité fermée. Aucune frontière libre n'a été trouvée à l'intérieur des cellules, formant un vaste réseau de motifs continus.
Les bicouches lipidiques sont flexibles et peuvent subir des variations, notamment lors de la division cellulaire, du mouvement, du bourgeonnement et de la fusion des vésicules sécrétoires. et la fécondation impliquent toutes les propriétés déformables de la membrane.
Les protéines membranaires s'associent aux bicouches lipidiques de plusieurs manières
Le contenu et le type de protéines membranaires dans les différentes membranes biologiques varient considérablement. Plus la fonction d’une membrane est complexe, plus sa teneur en protéines est élevée.
taper
protéine membranaire intrinsèque
Les protéines membranaires pénétrantes, représentant 70 à 80 % du total des protéines membranaires, sont des molécules amphipathiques ; Peut être divisé en protéines membranaires pénétrant une seule membrane, pénétrant plusieurs membranes et pénétrant plusieurs sous-unités ; La plupart des protéines transmembranaires ont une conformation a-hélicoïdale dans leur domaine transmembranaire, et certaines protéines transmembranaires sont transmembranaires dans une conformation en feuille à 3 plis (feuille plissée B). Une structure tubulaire enfermée dans la bicouche lipidique, appelée protéine membranaire externe à 3 barils
protéine de membrane externe
Également appelées protéines périphériques, elles représentent 20 à 30 % du total des protéines membranaires ; elles sont distribuées du côté cytoplasmique ou extracellulaire de la membrane plasmique. C'est un type de protéine qui est faiblement liée à la membrane cellulaire et ne s'insère pas dans la bicouche lipidique ; c'est une protéine hydrosoluble et sa liaison à la membrane est faible.
Rôle : Ce qui a été bien étudié est que les protéines périphériques situées sur la surface interne de la membrane plasmique maintiennent la forme biconcave des globules rouges et résistent à la pression lorsqu'elles traversent les capillaires. et joue un rôle important dans le maintien de l’intégrité des membranes des globules rouges. Certains fonctionnent comme des enzymes ou des facteurs transmettant des signaux extracellulaires.
protéine ancrée dans les lipides
Également appelée liponectine située des deux côtés de la membrane, se liant aux molécules lipidiques de la bicouche lipidique via des liaisons covalentes ; Lié de manière covalente aux molécules lipidiques de deux manières
1. Situées du côté de la membrane plasmique, certaines protéines de signalisation intracellulaire interagissent directement avec Certaines chaînes d'acides gras de la bicouche lipidique forment des liaisons covalentes et sont ancrées à la bicouche lipidique ;
2. Situé sur la surface externe de la membrane plasmique, ancré à la membrane plasmique par des liaisons covalentes avec des chaînes oligosaccharidiques liées aux molécules de phosphatidylinositol. Ces molécules de phosphatidylinositol sont situées dans la couche externe de la bicouche lipidique et sont également connues sous le nom de protéines ancrées au glycosylphosphatidylinositol.
protéine ancrée dans les lipides
Également appelée liponectine située des deux côtés de la membrane, se liant aux molécules lipidiques de la bicouche lipidique via des liaisons covalentes ; Lié de manière covalente aux molécules lipidiques de deux manières
1. Situées du côté de la membrane plasmique, certaines protéines de signalisation intracellulaire interagissent directement avec Certaines chaînes d'acides gras de la bicouche lipidique forment des liaisons covalentes et sont ancrées à la bicouche lipidique ;
2. Situé sur la surface externe de la membrane plasmique, ancré à la membrane plasmique par des liaisons covalentes avec des chaînes oligosaccharidiques liées aux molécules de phosphatidylinositol. Ces molécules de phosphatidylinositol sont situées dans la couche externe de la bicouche lipidique et sont également connues sous le nom de protéines ancrées au glycosylphosphatidylinositol.
Plusieurs méthodes de liaison des protéines membranaires dans les membranes
A~C Protéines transmembranaires, sous forme d'hélices A ou de barils B qui pénètrent dans la membrane une ou plusieurs fois. D. Situé du côté cytoplasmique, il se lie à la membrane en interagissant avec la monocouche lipidique de la surface cytoplasmique à travers la surface hydrophobe de l'hélice a exposée à la surface de la protéine ; E. La protéine d'ancrage lipidique située du côté cytoplasmique se lie directement à la chaîne d'acides gras dans la monocouche lipidique du côté cytoplasmique par l'intermédiaire de liaisons covalentes ; F. Protéine GPI à ancrage lipidique située sur la surface externe de la membrane plasmique Les protéines extrinsèques membranaires G et H se lient indirectement à la membrane par le biais d'interactions non covalentes avec les têtes polaires des lipides membranaires ou les régions hydrophiles des protéines intrinsèques.
Détergent : Un réactif qui isole les protéines membranaires intrinsèques et peut interférer avec les interactions hydrophobes et détruire la double couche
Les sucres membranaires recouvrent la surface de la membrane cellulaire
Définition : Les sucres représentent environ 2 à 10 % du poids de la membrane plasmique : 93 % des sucres des sucres membranaires sont liés de manière covalente aux protéines membranaires sous forme d'oligosaccharides ou de chaînes polysaccharides pour former des glycoprotéines ; L'enveloppe extracellulaire fait généralement référence au matériau glucidique connecté à la membrane plasmique, c'est-à-dire à la partie de liaison oligosaccharide qui s'étend des glycoprotéines et des glycolipides de la membrane plasmique jusqu'à la surface externe. Fait partie de la structure de la membrane plasmique ;
Fonction : La fonction de base de l’enveloppe cellulaire est de protéger les cellules contre divers dommages physiques et chimiques et de participer à la reconnaissance et à l’adhésion cellulaire. Activités fonctionnelles telles que la migration
propriétés biologiques des membranes cellulaires
L'asymétrie de la membrane détermine la directionnalité de la fonction de la membrane
1. Asymétrie de la membrane
La composition et la distribution des composants lipidiques dans les différents organites membranaires sont différentes. Permettre aux organismes au sein des cellules d’avoir des propriétés et des fonctions différentes. Certaines molécules lipidiques de la bicouche lipidique peuvent fournir des sites de liaison à des protéines spécifiques. Il joue un rôle important dans le maintien du positionnement et de la polarité corrects des protéines membranaires dans la bicouche lipidique. De plus, la distribution asymétrique des lipides membranaires entraîne une fluidité différente entre les couches interne et externe de la bicouche lipidique.
2. Asymétrie des protéines membranaires
La distribution des protéines membranaires est absolument asymétrique
3. Asymétrie des sucres membranaires
La distribution des sucres membranaires est significativement asymétrique et les chaînes latérales oligosaccharides des glycolipides et glycoprotéines membranaires cellulaires ne sont distribuées que sur la surface externe de la membrane plasmique. Dans le système endomembranaire, les chaînes latérales des oligosaccharides sont réparties sur la surface interne de la cavité membranaire.
L'asymétrie de la distribution des protéines membranaires lipidiques et des sucres membranaires est étroitement liée à l'asymétrie et à la directionnalité de la fonction membranaire. a une importance biologique importante. L'asymétrie de la structure membranaire assure la directionnalité de la fonction membranaire et le bon ordre des activités vitales.
La fluidité membranaire est la garantie de l'activité fonctionnelle membranaire
La bicouche lipidique est un fluide bidimensionnel cristallin liquide
Comment les molécules lipidiques membranaires se déplacent
diffusion latérale
Fait référence à l'échange rapide de positions entre les molécules lipidiques de la monocouche de la bicouche lipidique et les molécules adjacentes du côté du plan de broyage. La fréquence d'échange est d'environ 10 puissance 7 par seconde
C'est le principal mode de déplacement des molécules lipidiques membranaires. Ce mouvement maintient toujours la direction de disposition des molécules, le groupe de tête de l'eau claire faisant face à la surface de la membrane. La queue hydrophobe est tournée vers l'intérieur de la membrane.
mouvement de retournement
Fait référence au mouvement des molécules lipidiques membranaires d’une monocouche à une autre dans la bicouche lipidique. Cela se produit généralement rarement. Parce que lorsque le mouvement de retournement se produit, le groupe de tête hydrophile du phospholipide traversera la couche hydrophobe à l'intérieur de la membrane et surmontera la résistance de la zone hydrophobe, peut atteindre un autre niveau, ce qui est thermodynamiquement très défavorable
mouvement rotatif
C'est le mouvement de rotation des molécules lipidiques membranaires autour d'un axe perpendiculaire au plan de la membrane.
mouvement de flexion
Les molécules lipidiques membranaires sont flexibles et flexibles
Facteurs affectant la fluidité lipidique membranaire
Degré de saturation des chaînes d'acides gras : Plus il y a d'acides gras insaturés, plus la température relative de la membrane est basse et plus la fluidité est grande.
La longueur de la chaîne d'acide gras : la chaîne d'acide gras est courte, la température de transition de phase est basse et la fluidité est élevée
Double effet régulateur du cholestérol : les membranes des cellules animales contiennent plus de cholestérol, ce qui stabilise la membrane plasmique et augmente l'ordre lorsque la température est supérieure à la température de transition de phase ; En dessous de la température de transition de phase, la diminution soudaine de la fluidité de la membrane à basse température peut être évitée.
Rapport lécithine/sphingomyéline : le rapport lécithine/sphingomyéline diminue et la fluidité diminue
Influence des protéines membranaires : plus il y a de protéines incorporées, plus il y a de lipides d'interface et moins les lipides membranaires sont fluides
Mobilité des protéines membranaires : se déplace plus lentement
Diffusion latérale : les protéines membranaires peuvent flotter librement dans les lipides membranaires et diffuser à la surface
Mouvement de rotation : également appelée diffusion rotationnelle, les protéines membranaires peuvent tourner autour d’un axe perpendiculaire au plan membranaire. diffusion lente
La fluidité membranaire a une signification physiologique très importante, comme le transport de matière, la reconnaissance cellulaire, la transduction d'informations, etc. Les fonctions sont étroitement liées à la fluidité membranaire. Les différentes fonctions des membranes biologiques sont complétées à l'état fluide de la membrane
Modèle de structure moléculaire de la membrane cellulaire
Le modèle à structure lamellaire présente les caractéristiques d’une structure en contreplaqué à trois couches.
Structure sandwich à trois couches protéine-phospholipide-protéine
Le modèle de membrane unitaire reflète les caractéristiques communes de la morphologie et de la structure de la membrane.
Deux couches sombres et une claire, la bicouche phospholipidique constitue le corps principal de la membrane, avec son extrémité hydrophile tournée vers l'extérieur et la protéine attachée Les molécules forment la ligne sombre et les queues hydrophobes des molécules phospholipidiques forment la ligne claire.
Le modèle de mosaïque de flux est un modèle généralement accepté
Les molécules de protéines présentes dans la membrane sont combinées à la bicouche lipidique sous différentes formes, et certaines sont intégrées dans la bicouche lipidique. Certains sont attachés à la surface de la bicouche lipidique et constituent une structure dynamique, asymétrique et fluide.
Le modèle de radeau lipidique approfondit la compréhension de la structure et de la fonction de la membrane
Transport de petites molécules et d'ions à travers les membranes
Perméabilité sélective et diffusion simple des membranes
La perméabilité des substances transportées à travers les membranes dépend de la solubilité inhérente des lipides et propriétés de la matière elle-même
Diffusion simple : deux conditions sont remplies : 1. Le soluté maintient une certaine concentration des deux côtés de la membrane Différence de concentration. 2. Le soluté doit pouvoir traverser la membrane. La température et la surface de la membrane affectent son taux de diffusion
Transport transmembranaire médié par des protéines de transport membranaire
L'activité des protéines de transport membranaire et leur nombre sur la membrane cellulaire déterminent leur capacité à transporter des substances
La diffusion facilitée est un transport passif médié par des protéines porteuses
spécificité structurelle
phénomène de saturation
inhibition compétitive
Caractéristiques
Le transport actif est un transport de substances médié par une protéine porteuse contre un gradient électrochimique, Transport transmembranaire de faible concentration à haute concentration
Le transport actif est le transport énergivore de protéines porteuses par rapport à la concentration de
Pompe entraînée par l'ATP
marque
1.Pompe ionique de type P : deux grandes sous-unités indépendantes, avec des sites de liaison ATP, et la plupart ont également 2 petites sous-unités bêta, qui régulent généralement
Pompe Na_K
Signification : 1. Réguler la pression osmotique et maintenir un volume cellulaire constant, 2. Maintenir le potentiel membranaire. 3. Fournir une force motrice pour l'absorption de certaines substances, 4. Peut fournir la concentration ionique nécessaire à la synthèse des protéines et aux activités métaboliques
Pompe à Ca2
Pompe à protons de type V : existe principalement uniquement dans le compartiment acide membranaire des cellules eucaryotes
Les pompes à protons de type F existent principalement dans les membranes plasmiques bactériennes, les membranes internes mitochondriales et les membranes chloroplastiques. C’est l’énergie libérée par l’opération de gradient de concentration en ions hydrogène, qui convertit l’ADP en ATP. Parfois transport de protons et synthèse d'ATP, c'est pourquoi la pompe à protons de type F est également appelée ATP synthase à ions hydrogène.
Le transporteur ABC est un type de protéine de transport qui fonctionne comme l'ATP.
co-transport
Co-transport : C'est le transport conjoint de deux molécules de soluté dans la même direction médié par une protéine porteuse.
Transport opposé : le même transporteur transporte deux ions ou molécules différents dans des directions opposées à travers la membrane, entraînés par des gradients de concentration ionique.
Les canaux ioniques transportent efficacement divers ions
Classification
type fermé
Non fermé
Caractéristiques des canaux ioniques
Les protéines de canal assurent le transport passif. Le canal est bidirectionnel. Le flux net d'ions dépend du degré électrochimique. La protéine de canal ne se lie pas aux molécules du soluté pendant le processus de transport.
Les canaux ioniques sont très sélectifs quant à la taille et à la charge des ions transportés.
Type de canal ionique
Canaux ligand-dépendants : en fait des récepteurs de type canal ionique, ils se lient à des ligands extracellulaires spécifiques Après la liaison, après la conformation, la « porte » est ouverte, permettant à certains ions de diffuser rapidement à travers la membrane.
Canaux dépendants de la tension : les modifications du potentiel de membrane sont le facteur direct qui contrôle l'ouverture et la fermeture des canaux dépendants de la tension.
Canal activé par le stress : la protéine du canal change de conformation lorsqu'elle détecte un stress, ouvrant le canal pour ouvrir la « porte » et les ions entrant dans la cellule par le canal d'eau claire, provoquant des changements dans le potentiel membranaire et générant des signaux électriques.
Les canaux aqueux assurent le transport rapide de l’eau
Classification des canaux d'eau
canal d'eau sélectif
canal eau-glycérol
La structure de l'aquaporine
Le mécanisme de filtrage des molécules d’eau par les canaux d’eau
Transport de macromolécules et de particules à travers les membranes
L'échange de matériaux et l'échange d'informations jouent tous deux un rôle important
Endocytose : également connue sous le nom d'endocytose, la membrane plasmique invagine et entoure les matériaux extracellulaires pour former des vésicules endocytaires. Le processus de transport hors de la membrane plasmique et dans la cellule
endocytose
La phagocytose est le processus d'ingestion de particules par les phagocytes
La pinocytose est le processus par lequel les cellules engloutissent des fluides et des substances solubles
L'endocytose médiée par les récepteurs augmente l'efficacité de l'absorption de substances spécifiques
Formation de cellules tégumentaires et de vésicules
Les récepteurs sont concentrés dans des zones spécifiques de la membrane lipidique appelées cavéoles (protéines).
clathrine
Couche externe, non spécifique, également appelée protéine de cage C'est un complexe protéique composé de 3 chaînes lourdes et de 3 chaînes légères hydrocarbonées.
Tire la membrane plasmique vers l'intérieur, participe à la capture de récepteurs membranaires spécifiques et à leur accumulation dans les puits recouverts
Des vésicules non recouvertes se forment et fusionnent successivement avec les endosomes et les lysosomes.
Le récepteur LDL est composé d'un seul acide aminé de 839 Glycoprotéine à modulation croisée, lorsque les cellules ont besoin d'utiliser le cholestérol, La cellule synthétise le récepteur LDL et l'intègre dans la membrane plasmique.
protéine adaptatrice
entre la clathrine et les complexes ligand-récepteur
Participe à la formation des revêtements et peut se lier spécifiquement à la surface cytoplasmique des récepteurs transmembranaires Signaux peptidiques de queue, permettant ainsi le transport sélectif médié par le récepteur par la clathrine par les vésicules
exocytose
Combinez les cellules avec des enzymes sécrétées, des hormones et certaines non décomposées Un moyen important pour que les substances soient expulsées des cellules
La sécrétion continue est une sécrétion continue non régulée par les cellules
La sécrétion régulée est une sécrétion sélective régulée par des signaux extracellulaires
sous-thème
Anomalies et maladies de la membrane cellulaire
Anomalies et maladies des protéines porteuses
L'acidurie kystique est un trouble des protéines porteuses
La glycosurie rénale est une maladie caractérisée par des protéines porteuses de glucose anormales.
Anomalies et maladies du transporteur ABC
fibrose kystique
Anomalies et maladies des récepteurs membranaires
hypercholestérolémie familiale