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Galerie de cartes mentales Membrane cellulaire et transport de substances à travers les membranes
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Membrane cellulaire et transport de substances à travers les membranes
La membrane cellulaire est principalement composée de lipides et de protéines, parmi lesquels les lipides sont principalement des phospholipides, qui forment le squelette de base de la membrane cellulaire. Les protéines sont intégrées ou pénètrent dans la bicouche phospholipidique et remplissent diverses fonctions.
Modifié à 2024-10-31 08:47:18
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Membrane cellulaire et transport de substances à travers les membranes
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Membrane cellulaire et transport de substances à travers les membranes
La membrane cellulaire (membrane plasmique) est une fine pellicule recouvrant la surface du cytoplasme
Les systèmes à membrane plasmique et à biofilm sont collectivement appelés biofilms.
Système de membrane intracellulaire : terme général désignant les structures modèles au sein des cellules qui ont certaines connexions.
Section 1 Composition chimique et caractéristiques biologiques de la membrane cellulaire
lipides membranaires
Phospholipides
Glycérophospholipide
Phosphatidylcholine (Lécithine)
Phosphatidyléthanolamine. céphaline
Phosphatidylsérine
Le phosphatidylinositol, situé dans la couche interne de la membrane plasmique, est moins abondant dans la structure membranaire mais joue un rôle important dans la signalisation cellulaire.
Avec le glycérol comme squelette, les groupes hydroxyle en positions 1 et 2 de la molécule de glycérol forment des liaisons ester avec les acides gras, et le groupe hydroxyle en position 3 forme des liaisons ester avec le groupe phosphate. Les molécules de phospholipides sont appelées molécules amphipathiques ou molécules amphotères car elles possèdent une tête hydrophile et une queue hydrophobe.
Le petit groupe hydrophile et le groupe phosphate sont hautement polaires et sont appelés groupe de tête.
Les chaînes d'acides gras sont hydrophobes et non polaires, appelées queues hydrophobes
Sphingomyéline
Le seul phospholipide de la membrane cellulaire qui n'utilise pas de glycérol comme squelette, la teneur en membrane est moindre et la teneur en membrane cellulaire neuronale est plus importante.
La sphingosine est utilisée à la place du glycérol. L'acide gras insaturé à longue chaîne est lié au groupe amino. Un groupe hydroxyle à l'extrémité de la molécule est lié au phosphate de choline, et l'autre groupe hydroxyle libre forme de l'hydrogène avec la tête polaire adjacente. molécules lipidiques, molécules d’eau et protéines membranaires.
cholestérol
molécule amphipathique
La tête polaire est un groupe hydroxyle et le milieu est un cycle stérol, relié à une courte queue de chaîne hydrocarbonée hydrophobe.
Le groupe hydroxyle est proche de la tête polaire de la molécule phospholipidique, le cycle stérol est fixé sur la chaîne hydrocarbonée près de la tête et la queue de la chaîne hydrocarbonée est enfouie au centre de la bicouche lipidique.
Le cholestérol a tendance à être réparti uniformément entre les bicouches lipidiques
Glycolipides
Composées de lipides et d'oligosaccharides, les cellules bactériennes et végétales sont des dérivés de glycérophospholipides (principalement la phospholipide choline), et les membranes des cellules animales sont presque toutes des dérivés de sphingosine, appelées glycosphingolipides.
鞘糖脂特点：糖基取代了磷脂酰胆碱作为极性的头部。
Cérébroside, le glycolipide majeur le plus simple de la myéline
Gangliosides, les plus abondants dans la membrane plasmique des neurones
Ils sont tous situés du côté non cytoplasmique de la membrane plasmique et les groupes sucres sont exposés à la surface des cellules.
lipides membranaires
Forme d'existence en expérience
1. Amas moléculaire globulaire
2. Bicouche
Caractéristiques comme structure idéale pour les biofilms
1. Former une barrière qui sépare deux environnements solubles dans l'eau
2. Continu, avec tendance à fusionner avec lui-même pour former une cavité fermée.
3. Doux et déformable
protéine membranaire
Protéine membranaire intrinsèque, également connue sous le nom de protéine transmembranaire, molécule amphipathique
Lors d'un seul passage de membrane, la conformation hélicoïdale alpha traverse la région hydrophobe de la bicouche lipidique. Généralement, le segment N de la chaîne peptidique est situé à l’extérieur de la membrane cellulaire.
plusieurs piercings à la membrane
protéine transmembranaire multi-sous-unités
une conformation en hélice
Les tubes bêta pénètrent dans les membranes et se trouvent principalement dans les mitochondries, les membranes externes des chloroplastes et les membranes plasmiques bactériennes.
Il y a au moins 8 et jusqu'à 22 chaînes bêta entourant le tube, et elles sont liées par des liaisons hydrogène.
Les protéines extrinsèques membranaires, également appelées protéines périphériques, sont des protéines qui sont faiblement liées à la membrane cellulaire et ne s'insèrent pas dans la double couche lipidique. Elles sont distribuées du côté cytoplasmique ou extracellulaire de la membrane plasmique.
Certains via des liaisons non covalentes (telles que de faibles interactions électrostatiques) la région polaire de la tête de la molécule lipidique ou le côté hydrophile de la protéine pénétrant la membrane
Certaines protéines périphériques sont situées du côté cytoplasmique de la membrane et sont liées à la membrane en interagissant avec la monocouche du côté cytoplasmique de la bicouche lipidique à travers la face hydrophobe de l'hélice α exposée à la surface de la protéine.
Les protéines ancrées dans les lipides, les adiponectines, peuvent être situées des deux côtés de la membrane et se lier de manière covalente aux molécules lipidiques de la bicouche lipidique.
Situé du côté cytoplasmique de la membrane plasmique, il est directement ancré en formant des liaisons covalentes avec certaines chaînes amyle ou groupes isoprényles de la bicouche lipidique.
Les protéines situées à l'extérieur de la membrane plasmique sont ancrées à la membrane plasmique par liaison covalente à des chaînes d'oligosaccharides connectées aux molécules de phosphatidylinositol dans la couche externe de la bicouche lipidique. Elles sont également appelées protéines ancrées au glycosylphosphatidylinositol.
Détergent
Type d'ions SDS
La région hydrophobe de la molécule de détergent remplace la molécule phospholipidique et se lie à la région hydrophobe de la protéine pénétrant dans la membrane. Elle se lie également à la queue hydrophobe de la molécule phospholipidique, séparant ainsi la protéine pénétrant dans la membrane de la molécule phospholipidique.
Détergent non ionique TritonX-100
Son segment polaire n'est pas chargé et agit de la même manière que le SDS, mais il est plus doux.
sucre membranaire
93 % des sucres sont combinés avec des protéines membranaires sous forme de chaînes oligosaccharides ou polysaccharides pour former des glycoprotéines. La glycosylation se produit principalement sur l'asparagine, suivie des résidus sérine et thréonine, et souvent en plusieurs positions.
La plupart des protéines membranaires portent plusieurs chaînes d'oligosaccharides
7 % des sucres membranaires sont liés de manière covalente aux lipides membranaires sous forme de chaînes oligosaccharides pour former des glycolipides.
Chaque molécule glycolipidique ne porte qu'une seule chaîne oligosaccharide
Enrobage cellulaire ou glycocalyx
Une zone périphérique riche en glucides à la surface de la plupart des cellules eucaryotes
De nos jours, l'enveloppe extracellulaire est généralement utilisée pour désigner les substances glucidiques liées à la membrane plasmique, c'est-à-dire la partie de la chaîne oligosaccharide étendue par les glycoprotéines et les glycolipides de la membrane plasmique jusqu'à la surface externe. Par conséquent, l'enveloppe extracellulaire est essentiellement une. partie de la membrane plasmique. L’enveloppe extracellulaire qui n’est pas reliée à la membrane plasmique est appelée matériau extracellulaire ou structure extracellulaire.
La fonction de base est de protéger les cellules contre divers dommages physiques et chimiques. Il peut également établir un microenvironnement équilibré eau-sel autour des cellules et participer à la reconnaissance, à l’adhésion et à la migration des cellules.
Les propriétés biologiques des membranes cellulaires sont l'asymétrie et la fluidité
(1) L'asymétrie de la membrane détermine la directionnalité de la fonction de la membrane
Asymétrie lipidique membranaire
Distribué dans la bicouche lipidique
Couche externe
Sphingomyéline et phosphatidylcholine
couche intérieure
Phosphatidyléthanolamine
Phosphatidylsérine
Phosphatidylinositol
Asymétrie des protéines membranaires
Asymétrie des sucres membranaires
Les glycolipides de la membrane cellulaire et les chaînes d'oligosaccharides glycoprotéiques ne sont distribuées que sur la surface externe de la membrane plasmique. Dans le système membranaire interne, les chaînes d'oligosaccharides sont distribuées sur la surface interne de la cavité membranaire.
Elle est étroitement liée à la directionnalité et à l’asymétrie de la fonction membranaire, garantissant son haut degré d’ordre.
(2) La fluidité membranaire est la garantie des activités fonctionnelles membranaires
La bicouche lipidique est un fluide cristallin liquide bidimensionnel
changement de phase
température de changement de phase
Comment les molécules lipidiques membranaires se déplacent
La diffusion latérale, principal mode de déplacement
mouvement de retournement
mouvement de rotation
mouvement de flexion
Facteurs affectant la fluidité de la membrane
Degré de saturation de la chaîne d'acides gras
Les insaturés sont appelés types linéaires et ont la plus grande tendance à l'agrégation et sont étroitement disposés dans un état de gel.
L'insaturation se plie au niveau de la double liaison et est disposée de manière lâche, augmentant la fluidité.
Plus il y a d'insaturation, plus la température de transition de phase est basse.
La longueur de la chaîne des acides gras
Plus la longueur est courte, plus la fluidité est grande et plus la température de transition de phase est basse.
Double effet régulateur du cholestérol
Non seulement stabilise la membrane plasmique, mais empêche également une diminution soudaine de la fluidité
Rapport lécithine/sphingomyéline
Une teneur élevée en sphingomyéline réduit la fluidité
Effet des protéines membranaires
graisse d'interface
Zone riche en graisses
Motilité des protéines membranaires
diffusion latérale
mouvement de rotation
3. Modèle structurel multimoléculaire de la membrane cellulaire
1) Structure de la feuille
Deux couches de molécules phospholipidiques, avec les surfaces intérieure et extérieure recouvertes par une couche de molécules protéiques globulaires, formant une structure triple contreplaqué protéine-phospholipide-protéine.
2) Modèle de membrane unitaire
On pense que les protéines des deux côtés de la couche moléculaire de la bicouche lipidique ne sont pas sphériques mais sont des protéines à chaîne peptidique unique sous la forme de feuillets B qui se lient aux extrémités polaires des phospholipides par le biais d'interactions électrostatiques.
3) Modèle de mosaïque de flux
La bicouche lipidique de la membrane constitue le corps principal cohérent de la membrane, qui présente l'ordre d'un arrangement moléculaire cristallin et la fluidité d'un liquide. Les protéines de la membrane s’associent à la bicouche lipidique de différentes manières. C'est une structure dynamique, asymétrique et fluide
modèle de pavage en treillis
La protéine mosaïque et les molécules lipidiques environnantes forment une partie cristalline de la membrane fluide.
modèle de mosaïque en plaque
Dans la bicouche lipidique fluide, se trouvent des plaques lipidiques de différentes tailles et de plus grande rigidité qui peuvent se déplacer indépendamment.
4) Modèle de radeau lipidique
La bicouche membraneuse contient des microdomaines composés de lipides et de protéines spécialisés, riches en cholestérol et en sphingolipides, appelés radeaux lipidiques.
Les radeaux lipidiques forment une plateforme efficace présentant deux caractéristiques : de nombreuses protéines se rassemblent dans des radeaux lipidiques pour faciliter l'interaction ; elles fournissent un environnement propice à l'allostérie protéique et forment des conformations efficaces ;
Fonctions impliquées dans la signalisation, l'endocytose médiée par les récepteurs et le transport métabolique du cholestérol.
Section 2 Transport de petites molécules et d'ions à travers les membranes
1. La simple diffusion des substances dépend de la sélectivité de perméabilité de la membrane
Plus le poids moléculaire est petit, plus la solubilité des lipides est forte et plus vite ils traversent la bicouche lipidique.
sous-thème
Une petite molécule polaire non chargée qui
Une petite molécule polaire non chargée qui
Il est hautement imperméable aux charges
Petites molécules non polaires, telles que l'oxygène et d'autres gaz. rapide
Des molécules plus grosses, comme le glycérol. Lent, à peine assez de glucose
Diffusion simple, également appelée diffusion passive
2. Les protéines de transport membranaire assurent le transport des substances à travers les membranes
protéine de transport membranaire
protéine porteuse
Peut assurer le transport passif et actif
protéine de canal
Transports passifs
Le long du gradient de concentration
le long du gradient électrochimique
1) La diffusion facilitée est un transport passif médié par des protéines porteuses
Exemple très spécifique : le glucose.
Les deux conformations de la protéine porteuse changent alternativement pour terminer le processus de pénétration plusieurs fois dans la protéine membranaire.
Le taux de diffusion facilitée est proportionnel à la différence de concentration du soluté dans une certaine limite. Lorsque le taux de diffusion atteint un certain niveau, il n'est plus affecté par la concentration. Le taux de diffusion simple est toujours proportionnel à la différence de concentration.
2) Le transport actif est le transport énergivore de protéines porteuses contre un gradient de concentration.
Les pompes pilotées par l'ATP sont toutes des protéines transmembranaires
Pompe ionique de type P
Pour transporter les cations, ils possèdent tous deux grandes sous-unités (sous-unités a) et la plupart ont deux petites sous-unités b. Au moins une sous-unité catalytique subit des réactions de phosphorylation et de déphosphorylation.
1) Pompe Na-K
Le poids moléculaire de la sous-unité A est de 120 KD. C'est une protéine intégrale qui pénètre plusieurs fois dans la membrane et possède une activité ATPase. La sous-unité B a un poids moléculaire de 50KD et est une glycoprotéine spécifique aux tissus. Elle ne participe pas directement au transport transmembranaire des ions, mais elle peut aider la sous-unité A nouvellement synthétisée du réticulum endoplasmique à se replier. la sous-unité A perd l’activité enzymatique.
Les résidus d'aspartate se lient de manière covalente au phosphorylate
3 Na sont libérés et 2 K sont obtenus
Inhibiteur de la pompe Na-K ouabainine
2) Ca pompe
Hydrolysez un ATP et transportez-y 2 Ca par rapport à la concentration
Pompe à protons de type V
Compartiment acide membranaire des cellules eucaryotes
Transporter des ions H
Nécessite la fonction ATP mais ne forme pas d'intermédiaires de phosphorylation
Pompe à protons de type F
Membrane plasmique bactérienne, membrane interne mitochondriale, membrane chloroplastique
En savoir plus sur le transport des protons et la synthèse de l'ATP
Transporteur ABC
protéine de transport
Excrétion de toxines, de xénobiotiques et de métabolites dans l'urine, la bile et la lumière intestinale
2 domaines transmembranaires T et 2 domaines cytoplasmiques de liaison à l'ATP
modèle flippase
co-transport
transport total
Deux molécules de soluté sont transportées à travers la membrane dans la même direction
Transports opposés
Processus dans lequel la même protéine membranaire transporte deux ions ou molécules différents à travers la membrane dans des directions opposées.
Caractéristiques : 1. Les substances à petites molécules sont transportées à travers la membrane contre la concentration ou le gradient électrochimique. 2. Cela nécessite une consommation d'énergie. L'ATP peut être directement hydrolysé ou l'énergie du gradient électrochimique des ions est utilisée. protéine porteuse spécifique sur la membrane.
3) Les canaux ioniques transportent efficacement divers ions
protéine canal, également appelée canal ionique
Caractéristiques : 1. Transport passif, le canal est bidirectionnel, le flux net d'ions dépend du gradient électrochimique et ne se combine pas avec les molécules de soluté pendant le processus. 2. Il est hautement sélectif pour la taille et la charge des ions transportés. 3. Taux de transport élevé. 4. La plupart des canaux ioniques ne sont pas ouverts en permanence
taper
1. Canaux dépendants du ligand
récepteur de l'acétylcholine
2. Canal dépendant de la tension
Les changements de potentiel de membrane sont le facteur direct contrôlant l’ouverture et la fermeture des canaux dépendants de la tension.
1) Structure du canal ionique K
Un seul canal est composé de quatre sous-unités A identiques. S4 est un segment sensible à la tension. Le segment N de la sous-unité A forme une région sphérique dans le cytoplasme et est connecté au segment polypeptidique de H5. Le fragment H5 se colle au centre du canal, formant une boucle de résidus suffisamment grande.
2) Mécanisme de commutation du canal K
Modèle à boule et chaîne
3) Sélectivité du canal K
Pore conique inversé, filtre sélectif
Les atomes d'oxygène électronégatifs interagissent pour remplacer les molécules d'eau dans la couche d'hydratation, permettant ainsi de compenser l'énergie. Grâce à la répulsion électrostatique, K peut rapidement traverser les pores le long du gradient électrochimique.
3 canaux à portes mécaniques
La protéine canal détecte les forces externes agissant sur la membrane externe de la cellule et subit des changements de conformation.
Transport d'ions à travers les membranes et potentiel membranaire
1) Potentiel de repos
polarisation
Déterminants du potentiel de repos
L’un est le potentiel de diffusion provoqué par le phénomène d’électroosmose des ions le long du gradient de concentration.
L'autre est la différence de potentiel de membrane provoquée par la pompe Na-K.
2) Médiation du potentiel d’action
Puisque la diminution du potentiel membranaire entraîne une diminution de la polarité des deux côtés de la membrane, ce phénomène est appelé dépolarisation.
dépasse le seuil
potentiel d'action
hyperpolarisation
4) Canal d'eau (AQP)
1. Classification des canaux d'eau
Ne peut traverser que les eaux 1, 2, 4, 5, 6, 8
Eau, glycérol et urée, etc. - eau glycérol canal 3, 7, 9, 10
11, 12 Le troisième type de sous-famille AQP
2. Structure de l'aquaporine
Un tétramère entouré de quatre sous-unités cylindriques disposées symétriquement. Il y a un pore central au centre de chaque sous-unité qui ne laisse passer que les molécules d'eau. 6 hélices A longues, 2 hélices courtes, motif NPA.
3. Le mécanisme de filtrage des molécules d'eau par les canaux d'eau
1. Le diamètre du canal poreux central de l'AQP 1 limite le passage de molécules plus grosses que les molécules d'eau.
2. Contrôle des sites de liaison des solutés dans le pore central de l'AQP1. L'énergie du processus de déshydratation est compensée.
On pense généralement que les canaux hydriques sont des protéines continuellement ouvertes.
Section 3 Transport de macromolécules et de substances à travers les membranes
1. Endocytose
1) La phagocytose est le processus d'ingestion de particules par les phagocytes
Les vésicules membranaires formées par phagocytose sont appelées phagosomes ou phagosomes
2) La pinocytose est le processus par lequel les cellules engloutissent des liquides et des substances solubles
Processus d'absorption non spécifique de liquide extracellulaire par les cellules. Lorsqu'une certaine substance soluble autour des cellules atteint un certain niveau, une pinocytose peut survenir.
Pinocytosome
La phase liquide s'avale
endocytose intrinsèque non spécifique
endocytose par adsorption
Les grosses molécules ou les petites particules sont d’abord adsorbées d’une manière ou d’une autre à la surface cellulaire.
Après être entré dans la cellule, il fusionne avec les endosomes ou les lysosomes et se dégrade.
3) L'endocytose médiée par les récepteurs améliore l'efficacité de l'absorption de substances spécifiques
Absorption spécifique de composants à très faible contenu extracellulaire
1. La formation de cellules tégumentaires et de vésicules
Les récepteurs sont concentrés dans des zones spécifiques de la membrane plasmique appelées vésicules. Certains follicules agissent comme des récepteurs sélectifs. La surface interne de la membrane plasmique dans la dépression est recouverte d'une couche épineuse de matériau dense aux électrons, comprenant de la clathrine et des protéines adaptatrices.
Les solutés extracellulaires (ligands) se lient aux récepteurs des puits enrobés et la clathrine s'accumule du côté cytoplasmique des puits enrobés, s'invagine davantage, se sépare de la membrane plasmique et forme des vésicules enrobées pour pénétrer dans la cellule. La surface externe est recouverte de vésicules et est composée d'une structure de vannerie en forme de cage assemblée à partir de clathrine.
Clathrin se compose de 3 chaînes lourdes et de 3 chaînes légères. ——Complexe protéique Trileg.
La fonction principale est de tirer la membrane plasmique vers l’intérieur et de l’indenter.
protéine adaptatrice
Participer à la formation de l'enveloppe et servir de lien. Peut se lier spécifiquement à différents types de récepteurs.
La clathrine n'a aucune spécificité et sa spécificité est régulée par des protéines adaptatrices.
2. Aucune vésicule n'est formée et fusionnée avec les endosomes
La clathrine joue un rôle dans la formation des fosses
Implication de la petite molécule dynamine protéique liant le GTP.
Tomber et ne plus avoir de vésicules
Se lie aux premiers endosomes
L'endosome est un organite entouré d'une membrane formé dans le cytoplasme animal par endocytose. Sa fonction est de transporter les substances nouvellement ingérées par endocytose pour la dégradation lysosomale.