CH 8 : Membranes et transport

Question 1

Quelles sont les 7 fonctions des membranes ?

Answer 1

1) Barrières à perméabilité sélective = pas de libre-échange
2) Transport des molécules = protéines, sucres, acides aminés, ions : entre les différents organites ou entre le milieu extracellulaire et intracellulaire.
3) Support pour les activités métaboliques :
- Importation des nutriments.
- Exportation des déchets du métabolisme cellulaire.
4) Réponse aux signaux extérieurs : récepteurs/ligands
5) Interaction entre les cellules : adhésion, fusion
6) Le mouvement et l’expansion cellulaire : phagocytes, contraction musculaire
7) Transduction d’énergie : photosynthèse, ATP

Question 2

2. Quels sont les 3 types de lipides qui composent les membranes ?

Answer 2

1. Phospholipides (PL) : glycérophospholipides (GPL) et sphingophospholipides (SPL)
   · Proportion variable
   · Faces interne et externe de la membrane
2. Glycolipides (GL) : les cérébroglucosides, cérébrogalactosides et gangliosides
   · Face externe de la membrane.
3. Cholestérol (Chol) : l’ensemble de la structure est apolaire à l’exception du groupement alcool -OH qui est polaire.
   · Rôle dans la fluidité membranaire.

Question 3

3. Citer la structure générale des 3 types de lipides qui composent les membranes ?

Answer 3

Les lipides des membranes sont des molécules amphipathiques.
Ils comportent :
• Une tête polaire hydrophile
• Une queue non-polaire hydrophobe.
Cette structure a un rôle crucial dans la formation de la bicouche lipidique

Question 4

4. Citer la structure générale d’un acide gras

Answer 4

• Un groupement carboxylique (COOH, tête hydrophile)
• Une chaîne hydrocarbonée (queue hydrophobe)
• Nbr pair de carbones (saturés/insaturés)

Question 5

5. Citer les 2 types de phospholipides et expliquer brièvement leurs différences

Answer 5

1) Les glycérophospholipides
a. molécule de base : acide phosphatidique (phosphatidate)
- tête hydrophile (phosphate) et queue hydrophobes (deux acides gras) reliées par le glycérol
b. Le phosphate peut être estérifié par:
- acide aminé (ex: sérine)
- alcool (ex: choline)
c. Les phosphatidylcholines sont les glycérophospholipides les plus abondantes

2) Les sphingophospholipides
a. ‘’sphingosine’’ à la place du glycérol
b. sphingomyélines: céramide phosphorylé. Ce sont les sphingophospholipides les plus répandus dans les membranes

Question 6

6. Quel est le glycérophospholipide le plus abondant de la membrane cellulaire

Answer 6

Les phosphatidylcholines sont les glycérophospholipides les plus abondants de la membrane cellulaire.
Ils comportent :
• Une tête hydrophile (phosphate + choline)
• Une queue hydrophobe (2 AG à longue chaîne)

Question 7

7. Que sont les sphingomyélines ?

Answer 7

Céramide phosphrylé =sphingomyéline

Les sphingomyélines à choline et éthanolamine sont les plus répandus

Question 8

8. Différence entre glycérolipide et glycérophospholipide ?

Answer 8

Les noms représentent la formule. Tout s’accroche sur le glycérol et il est possible d’y accrocher plusieurs éléments : phosphate /acides gras et sucre

• Glycérolipide : glycérol + ag pas de phosphate + 2 ag
• Glycérophospholipide:

Question 9

9. Qu’est-ce qu’une molécule hydrophile ? Hydrophobe ?

Answer 9

Molécule hydrophile: attirée vers eau car polaire comme l’eau (ex: tête)
Molécule hydrophobe: fuit eau car non polaire et s’associe avec molécules hydrophobes (ex: queues hydrocarbonées)

Question 10

10. Explique la logique qui se cache derrière la formation de la bicouche lipidique (BCL)

Answer 10

• Formation de la BCL → arrangement qui satisfait les 2 parties (tête hydrophile orientée vers l’eau et queues hydrophobes protégées de l’eau vers l’intérieur) et qui est très favorable au plan énergétique.

Question 11

11. Pourquoi la BCL est-elle une structure dite fermée ?

Answer 11

Les BCL se referment sur elles-mêmes pour former un compartiment clos, structure stable qui évite d’exposer les queues hydrocarbonées hydrophobes à l’eau, ce qui est défavorable sur le plan énergétique.

Question 12

12. Citer les deux types de déplacement des lipides de la BCL

Answer 12

• Basculement d’une monocouche à l’autre ou flip flop.

* Diffusion latérale, la flexion et la rotation.

Question 13

13. De quoi dépend la fluidité de la BCL ?

Answer 13

La fluidité = facilité avec laquelle les molécules de lipides se déplacent dans le plan de la membrane.

La fluidité d’une bicouche lipidique à une température donnée dépend de :
1) sa composition en phospholipides (PL)
2) composition en glycolipides (GL),
3) et en particulier de la nature des queues hydrocarbonées:
• Leur longueur et leur degré d’insaturation sont les 2 propriétés qui influencent l’empilement des queues hydrocarbonées. -> Or, plus les queues sont serrées et entassées de manière régulière, moins la bicouche sera fluide.

1. Longueur des queues: Une queue plus courte réduit la tendance des queues hydrocarbonées à interagir les unes avec les autres (diminue l’entassement), et donc augmente la fluidité de la bicouche. - Les queues hydrocarbonées des lipides membranaires ont généralement une longueur de 18-20 atomes de carbone
2. Degré d’insaturation: Plus il y a de queues insaturées dans la bicouche, plus la fluidité de la bicouche augmente. - À cause de la nature insaturée des queues hydrocarbonées des lipides membranaires.

Question 14

14. Quel est le rôle du cholestérol dans la BCL ?

Answer 14

Le cholestérol libre (forme amphipatique) raffermit la BCL et la rend plus rigide et moins
perméable.

Question 15

15. En quoi la BCL est-elle asymétrique ?

Answer 15

La face interne est très différente de la face externe, car :
- Chaque face contient des sélections différentes de PL et de GL
- Les protéines présentes dans la BC ont une orientation particulière
- Les PL et les GL sont répartis de manière asymétrique :
→ Présence inégale de PL de part et d’autre de la BCL
→ Présence +++ de GL dans la couche externe
→ Présence égale de cholestérol entre les 2 couches

Question 16

16. Quelles sont les 4 types d’association des protéines avec la BCL ?

Answer 16

1) Transmembranaire simple ou multiple (soit sous forme d’hélice alpha ou de tonneau bêta et possibilité de former des pores aqueux)
2) Associées à une monocouche
3) Associées à un lipide
4) Associées avec une autre protéine

Question 17

17. Quelles structures secondaires sont présentes dans une protéine membranaire ?

Answer 17

hélices α ou tonneau β

Question 18

18. Quelle est la composition ionique des milieux intra/extra cellulaires ? ne pas connaitre les chiffres, juste la notion d’abondance

Answer 18

Dans le milieu extra cellulaire : beaucoup de Na+, très peu de K+
Dans le milieu intra cellulaire (cytoplasme) : beaucoup de K+, très peu de Na+
La pompe ATP-dépendante Na+/K+ permet de maintenir la différence de composition ionique entre les deux milieux.

Question 19

19. Différences entre transport actif et passif

Answer 19

• Transport actif :
Déplacer une molécule dans le sens inverse de son gradient de concentration, nécéssite de l’énergie
Seules certaines protéines sont capables de l’effectuer (pompes)
• Transport passif:
La molécule va spontanément de la région la plus concentrée vers la région la moins concentrée, dans le même sens du gradient de concentration
- Tous les canaux et les protéines de transport peuvent le réaliser (diffusion facilité)

Question 20

20. Citer les 3 types de protéines de transporteurs, qu’est ce qui les différencient?

Answer 20

1- Uniports : transportent un seul type de molécules à travers la membrane par transport passif (diffusion facilitée)

2- Pompes à activité ATPase : hydrolysent de l’ATP, génère un gradient ionique de part et d’autre des membranes

3- Protéine de transport couplée : Transport actif assuré par le gradient ionique établi par les pompes à activité ATPase
· Symport : « co-transporteur » d’au moins 2 molécoles différentes dans une même direction
· Antiport : « contre-transporteur » d’au moins 2 molécules différentes dans un sens opposé

Question 21

21. Quelles sont les deux forces qui déterminent le passage d’une molécule chargée ?

Answer 21

1. Le gradient de concentration
2. Le potentiel de membrane
   • Le gradient électrochimique + charge de la molécules → Direction du passage passif

Question 22

22. Qu’est-ce qu’une ATPase transmembranaire ?

Answer 22

Elles déplacent des solutés à travers la membrane, en particulier contre leur gradient de concentration.

Question 23

23. Expliquer le mécanisme de la pompe Na+/K+ ATP dépendante

Answer 23

Il s’agit d’une pompe à activité ATPase
1. Les Na+ se lient à la pompe → Activation
2. Lorsque la pompe est activée → hydrolyse l’ATP.
La pompe est une ATPase qui possède une activité kinase qu’elle exerce sur elle-même : la pompe s’autophosphoryle.
3. L’autophosphorylation de la pompe → changement de conformation + libération du Na+ dans le milieu extracellulaire
4. Exposition des sites de liaison pour le K+ → Liaison des ions K+ à la pompe → Élimination du groupement phosphate + retour à la conformation initiale de la pompe
5. K+ expulsés dans le milieu intracellulaire.
**Permet le maintien d’une concentration intracellulaire en K+ plus élevé que dans le milieu extracellulaire.

Question 24

24. Caractéristiques d’un canal ionique

Answer 24

2 grandes différences par rapport aux simples pores aqueux :
1) Les canaux ioniques de la membrane plasmique sont hautement sélectifs : ils permettent à certains ions de passer, mais pas à d’autres. La spécificité du canal dépend de son diamètre et de la distribution de ces acides aminés chargés qu’il possède sur sa paroi intérieure.
** Le canal laissera passer uniquement les ions dont la charge et la taille sont appropriées.

2. Les canaux ioniques ne sont pas ouverts en permanence
   → Régulation: états soit ouvert, soit fermé, mais pas les deux en même temps. La vitesse de transport serait jusqu’à 1000 fois supérieure à celle de la plus rapide des protéines de transport.
   → Le contrôle de leur ouverture: les conditions qui contrôle leur ouverture et leur fermeture:
   • Pour un canal dépendant du voltage: c’est le potentiel de membrane qui contrôle, le flux ionique modifie le voltage à travers la membrane
   • Pour un canal dépendant d’un ligand: c’est la liaison d’un ligand au canal
   • Pour un canal activé mécaniquement: c’est une force mécanique appliquée sur le canal

Question 25

25. Qu’est-ce que le potentiel de membrane au repos ? comment s’établit-il ?

Answer 25

• La différence de potentiel qui existe, au repos, quand les flux d’ions positifs et négatifs de part et d’autre de la membrane sont exactement équilibrés. Cela permet qu’aucune différence de charge ne s’accumule à travers la membrane.
• L’état de polarisation au repos détermine la charge interne de la membrane.
• Le potentiel à l’état d’équilibre se mesure comme une différence de tension à travers la membrane.
• Normalement, la charge interne de la membrane est négative et universelle à tous les êtres vivants.
• Le potentiel de membrane au repos varie en -20 et -200 mV selon l’organisme et le type cellulaire.

Question 26

26. Différence entre pompe Na+/K+, et canaux à Na+ ?

Answer 26

La différence entre la pompe Na+/K+ et les canaux à Na+ réside donc surtout dans le fait que la la pompe Na+/K+ nécessite de l’énergie pour fonctionner.
De plus, la pompe Na+/K+ fait passer du sodium ainsi que du potassium dans le sens inverse de leur gradient de concentration, alors que les canaux ioniques Na+ laisse passer le sodium de façon passive dans le sens de son gradient de concentration.
Ensuite, comme mentionné plus haut, les canaux Na+ sont imperméables au K+.

Question 27

27. Que se passe-t-il lorsque qu’un neurone est stimulé par un neurotransmetteur

Answer 27

1. Induction d’un changement de potentiel de membrane
2. Si le changement de potentiel de membrane est suffisamment élevé et atteint une valeur seuil = l’activité électrique peut se propager et se maintenir le long de l’axone sur une très longue distance.
   Cette onde mobile d’excitation électrique est appelée « potentiel d’action ou influx nerveux ». L’influx nerveux peut transporter un message sans affaiblissement du signal de l’extrémité d’un neurone au suivant à une vitesse allant jusqu’à 100 m/s.

Question 28

28. Expliquer la notion de potentiel d’action neuronal à l’aide d’un graphe en indiquant le rôle des ions et des protéines de transport

Answer 28

Le potentiel d’action neuronal est une inversion soudaine et rapide du potentiel de membrane. Il est caractérisé par :

• Dépolarisation ® déplacement du potentiel de membrane vers une valeur moins négative (entrée de Na+).
• Repolarisation ® déplacement du potentiel de membrane vers sa valeur négative au repos (sorti de K+).

1. Au départ, le potentiel électrique de la membrane est de -70 mV.
2. Stimulation (suffisamment importante) déclenche dépolarisation causée par ouverture des canaux à Na+ dépendants du voltage. C’est donc l’entrée massive des ions Na+ qui dépolarise la membrane (potentiel de +20/+40).
3. Les canaux Na+ se referment/désactivent.
4. Une fois le potentiel d’action à sa valeur maximale, le neurone revient à sa valeur de potentiel de repos par les canaux K+ dépendants du voltage. C’est par les ions K+ sortent de la cellule contre leur gradient électrochimique que la membrane se repolarise.
5. Toutefois, cette fuite de K+ ramène la membrane à son état de repos plus rapidement que normalement, ce qui crée une hyperpolarisation.

Question 29

29. Comment se propage le potentiel d’action le long des axones

Answer 29

la survenue d’un stimulus dépolarisant provoque une dépolarisation locale de l’axone et donc l’ouverture, en cet endroit, des canaux Na+ voltage-dépendants.
• Une partie du courant local émanant du PA va alors dépolariser passivement la membrane adjacente et y déterminer l’ouverture de canaux Na+. La dépolarisation locale ainsi générée va déclencher un PA qui se propage à son tour en répétant le même cycle jusqu’à l’extrémité de l’axone.
• Les propriétés d’ouverture des canaux Na+ permettent la propagation des PA selon la loi du tout ou rien : fermé, ouvert ou inactif!
• Ainsi, après l’apparition du PA, les canaux Na+ sont inactivés et les canaux K+ ouverts pendant un court instant, c’est la période réfractaire.
• Cette inactivation empêche l’apparition de nouveaux PA en ce point et ceci a pour conséquence que les PA ne peuvent se propager à rebours vers leur point d’origine du fait de l’état réfractaire de la membrane après le passage du PA.

Question 30

30. Certains patients atteints de cancer développent une chimiorésistance. Donner une explication de ce phénomène.

Answer 30

La chimiorésistance de certaines tumeurs est due à une surexpression d’un transporteur de la famille ABC (MDR1) qui excrète les xénobiotiques (médicaments). (Dans le fond, les cellules deviennent insensibles aux médicaments parce qu’elles les excrètent trop vite.)

Question 31

31. Que sont les canalopathies ?

Answer 31

Définition: Les canalopathies sont des maladies génétiques rares à transmission autosomique dominante/récessive.
• Causes: liées à des mutations de gènes qui codent pour les canaux ioniques musculaires voltage-dépendant
• Conséquence: trouble de l’excitabilité musculaire
• Exemples de maladies: fibrose kystique, Syndrôme QT long, Myopathie de Lambert Eaton

Question 32

32. Expliquer une origine de l’épaississement du mucus chez les patients atteints de
    mucoviscidose

Answer 32

La protéine appelée CFTR pour Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator est un canal ionique permettant le transport des anions chlorure à travers les membranes plasmiques des cellules.
•Mutations du gène CFTR dont la conséquence est la production de protéines CFTR anormales
•Dysfonctionnement de CFTR présente notamment dans les cellules épithéliales des poumons, qui contrôle les échanges d’eau et de sels minéraux entre la cellule et son milieu externe.
•La maladie se traduit par l’absence de sécrétion de chlorure associée à une hyper absorption de sodium et une dérégulation de l’homéostasie du calcium et surtout une réponse inflammatoire exacerbée.
Résultat= un épaississement du mucus qui tapisse les bronches et les canaux du pancréas, favorisant les infections pulmonaires et les troubles digestifs.

Question 33

33. Qu’est ce qui caractérise le syndrome du QT long congénital ?

Answer 33

Une maladie cardiaque héréditaire caractérisée, sur l’ECG de surface, par un allongement de l’intervalle QT et par un risque élevé d’arythmies potentiellement mortelles. Les gènes impliqués codent pour des sous-unités de canaux ioniques ou pour des protéines impliquées dans la modulation des courants ioniques et leur mutations ont pour conséquence un allongement de la durée du potentiel d’action.