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Les récepteurs sont-ils des protéines membranaires intégrales ou des protéines membranaires périphériques ?

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Les protéines membranaires intégrales servent de transporteurs. Les protéines périphériques servent de molécules d'adhésion cellulaire, d'antigènes et d'enzymes. Et les récepteurs alors ? Quelles protéines remplissent le rôle de récepteurs ?


Tous les récepteurs que je connais sont des protéines transmembranaires intégrales. Il serait certainement possible qu'un domaine récepteur existe sur une protéine périphérique qui interagisse avec une protéine transmembranaire, mais je n'en connais pas d'exemple : une protéine périphérique extracellulaire aurait tendance à flotter, ce qui est un peu un problème s'ils ne sont pas destinés à la sécrétion.

Il existe certainement des protéines périphériques qui s'associent aux parties internes des protéines réceptrices transmembranaires et peuvent influencer leur fonction, mais elles ne sont pas elles-mêmes des récepteurs.

Je ne suis pas sûr de votre question sur "quelles protéines" - ces protéines sont le plus souvent nommées d'après leur ligand suivi du mot "récepteur", ou en fonction de leur fonction déclenchée par la liaison de leur ligand, ou les deux (c'est-à-dire le Le récepteur AMPA est un récepteur du glutamate qui est également activé par l'AMPA ; les récepteurs tyrosine kinases sont une famille de récepteurs qui sont des tyrosine kinases ; les membres individuels de la famille sont généralement connus par leur ligand).


Protéine à ancrage lipidique

Protéines à ancrage lipidique (aussi connu sous le nom protéines liées aux lipides) sont des protéines situées à la surface de la membrane cellulaire qui sont liées de manière covalente à des lipides incorporés dans la membrane cellulaire. Ces protéines s'insèrent et prennent place dans la structure bicouche de la membrane aux côtés des queues d'acides gras similaires. La protéine à ancrage lipidique peut être située de chaque côté de la membrane cellulaire. Ainsi, le lipide sert à ancrer la protéine à la membrane cellulaire. [1] [2] Ils sont un type de protéolipides.

Les groupes lipidiques jouent un rôle dans l'interaction protéique et peuvent contribuer à la fonction de la protéine à laquelle il est attaché. [2] En outre, le lipide sert de médiateur d'associations membranaires ou de déterminant pour des interactions protéine-protéine spécifiques. [3] Par exemple, les groupes lipidiques peuvent jouer un rôle important dans l'augmentation de l'hydrophobie moléculaire. Cela permet l'interaction des protéines avec les membranes cellulaires et les domaines protéiques. [4] Dans un rôle dynamique, la lipidation peut séquestrer une protéine loin de son substrat pour inactiver la protéine puis l'activer par présentation du substrat.

Dans l'ensemble, il existe trois principaux types de protéines à ancrage lipidique qui comprennent protéines prénylées, protéines acylées grasses et protéines liées au glycosylphosphatidylinositol (GPI). [2] [5] Une protéine peut avoir plusieurs groupes lipidiques liés de manière covalente, mais le site où le lipide se lie à la protéine dépend à la fois du groupe lipidique et de la protéine. [2]


Structure des protéines périphériques

Dans l'image ci-dessous, plusieurs protéines périphériques sont marquées. Une protéine périphérique n'a pas de structure définie, mais elle a plusieurs aspects clés qui en font une protéine périphérique.

Premièrement, toutes les protéines périphériques sont associées à la membrane cellulaire. Les séquences d'acides aminés de ces protéines sont uniques en ce qu'elles attirent les protéines vers la membrane et ont tendance à se rassembler à la surface de la membrane. Cela leur permet d'être au bon endroit pour mener à bien leur action désignée. Sur l'image, les protéines périphériques orange sont attachées soit aux molécules lipidiques phosphoglycérides qui composent la bicouche lipidique, soit à des protéines intégrales. Une protéine sans ces zones d'acides aminés ne serait pas attirée par la membrane. Elle serait répartie uniformément dans tout le cytoplasme et ne serait pas une protéine périphérique.

Deuxièmement, les protéines périphériques n'ont pas de région hydrophobe d'acides aminés. Ceci, et la polarité d'autres groupes d'acides aminés, maintient les protéines périphériques à la surface de la membrane cellulaire. Cela est dû à la nature amphipathique des phosphoglycérides. Cela signifie que la région de la « tête » bleue est polaire et hydrophile. Les « queues » jaunes qui constituent le milieu de la membrane sont hydrophobes. Pour éviter d'être aspirées dans la membrane, les protéines périphériques ont souvent beaucoup d'acides aminés hydrophiles exposés à leur surface. Les protéines intégrales exposent les acides aminés hydrophobes au milieu et les acides aminés hydrophiles sur les parties exposées à l'eau. Cela les verrouille efficacement dans la membrane.


La membrane plasmique contient des molécules autres que les phospholipides, principalement d'autres lipides et protéines. Les molécules vertes de la figure ci-dessous, par exemple, sont le cholestérol lipidique. Les molécules de cholestérol aident la membrane plasmique à conserver sa forme. De nombreuses protéines de la membrane plasmique aident d'autres substances à traverser la membrane.

Les membranes plasmiques contiennent également certains types de protéines. UNE protéine membranaire est une molécule de protéine qui est attachée ou associée à la membrane d'une cellule ou d'un organite. Les protéines membranaires peuvent être classées en deux groupes en fonction de la manière dont la protéine est associée à la membrane.

Protéines membranaires intégrales sont incrustés de façon permanente dans la membrane plasmique. Ils ont une gamme de fonctions importantes. De telles fonctions comprennent la canalisation ou le transport de molécules à travers la membrane. D'autres protéines intégrales agissent comme des récepteurs cellulaires. Les protéines membranaires intégrales peuvent être classées selon leur relation avec la bicouche :

  • Les protéines transmembranaires couvrent toute la membrane plasmique. Les protéines transmembranaires sont présentes dans tous les types de membranes biologiques.
  • Les protéines monotopes intégrales sont fixées en permanence à la membrane d'un seul côté.

Certaines protéines membranaires intégrales sont responsables de l'adhésion cellulaire (collage d'une cellule à une autre cellule ou surface). À l'extérieur des membranes cellulaires et attachées à certaines protéines se trouvent des chaînes glucidiques qui agissent comme des marqueurs identifiant le type de cellule. La figure ci-dessous montre deux types différents de protéines membranaires et de molécules associées.

Protéines membranaires périphériques sont des protéines qui ne sont que temporairement associées à la membrane. Ils peuvent être facilement retirés, ce qui leur permet d'être impliqués dans la signalisation cellulaire. Les protéines périphériques peuvent également être attachées à des protéines membranaires intégrales, ou elles peuvent adhérer d'elles-mêmes à une petite partie de la bicouche lipidique. Les protéines membranaires périphériques sont souvent associées aux canaux ioniques et aux récepteurs transmembranaires. La plupart des protéines membranaires périphériques sont hydrophiles.

Certaines des protéines membranaires constituent un système de transport majeur qui déplace les molécules et les ions à travers la bicouche phospholipidique polaire.

Le modèle de la mosaïque fluide

En 1972, S.J. Singer et G.L. Nicolson ont proposé le désormais largement accepté Modèle de mosaïque fluide de la structure des membranes cellulaires. Le modèle propose que les protéines membranaires intégrales soient intégrées dans la bicouche phospholipidique, comme le montre la figure ci-dessus. Certaines de ces protéines s'étendent tout au long de la bicouche, et d'autres seulement partiellement. Ces protéines membranaires agissent comme des protéines de transport et des protéines réceptrices.

Leur modèle a également proposé que la membrane se comporte comme un fluide plutôt que comme un solide. Les protéines et les lipides de la membrane se déplacent autour de la membrane, un peu comme des bouées dans l'eau. Un tel mouvement provoque un changement constant du "motif en mosaïque" de la membrane plasmique.

Extensions de la membrane plasmique

La membrane plasmique peut avoir des extensions, comme un fouet flagelles ou en brosse cils. Dans les organismes unicellulaires, comme ceux illustrés dans la figure ci-dessous, les extensions membranaires peuvent aider les organismes à se déplacer. Dans les organismes multicellulaires, les extensions ont d'autres fonctions. Par exemple, les cils des cellules pulmonaires humaines entraînent des particules étrangères et du mucus vers la bouche et le nez.

Flagelles et Cils. Les cils et les flagelles sont des extensions de la membrane plasmique de nombreuses cellules.


Différence entre les protéines intégrales et les protéines périphériques

Les protéines sont considérées comme des macromolécules constituées d'une ou plusieurs chaînes polypeptidiques. Les chaînes polypeptidiques sont constituées d'acides aminés liés entre eux par des liaisons peptidiques. La structure primaire d'une protéine peut être déterminée par la séquence d'acides aminés. Certains gènes codent pour de nombreuses protéines. Ces gènes déterminent la séquence d'acides aminés, déterminant ainsi leur structure primaire. Les protéines intégrales et périphériques sont considérées comme des «protéines membranaires plasmiques» en raison de leur apparition. Ces protéines sont généralement responsables de la capacité d'une cellule à interagir avec l'environnement extérieur.

Protéine intégrale

Les protéines intégrales se trouvent principalement, totalement ou partiellement immergées dans la bicouche de phospholipides de la membrane plasmique. Ces protéines ont des régions polaires et non polaires sur elles. Les têtes polaires dépassent de la surface de la bicouche tandis que des régions non polaires y sont incrustées. Habituellement, seules les régions non polaires interagissent avec le noyau hydrophobe de la membrane plasmique en créant des liaisons hydrophobes avec les queues d'acide gras des phospholipides.

Les protéines intégrales qui couvrent toute la membrane de la surface interne à la surface externe sont appelées protéines transmembranaires. Dans les protéines transmembranaires, les deux extrémités qui dépassent de la couche lipidique sont des régions polaires ou hydrophiles. Les régions médianes sont non polaires et ont des acides aminés hydrophobes à leur surface. Trois types d'interactions aident à intégrer ces protéines dans la bicouche lipidique, à savoir les interactions ioniques avec les têtes polaires des molécules phospholipidiques, les interactions hydrophobes avec les queues hydrophobes des molécules phospholipidiques et les interactions spécifiques avec certaines régions des lipides, glycolipides ou oligosaccharides.

Protéine périphérique

Les protéines périphériques (protéines extrinsèques) sont présentes sur la bicouche la plus interne et la plus externe des phospholipides. Ces protéines sont faiblement liées à la membrane plasmique soit directement par interactions avec les têtes polaires de la bicouche de phospholipides, soit indirectement par interactions avec les protéines intégrales. Ces protéines constituent environ 20 à 30 % des protéines membranaires totales.

La plupart des protéines périphériques se trouvent sur la surface la plus interne ou la surface cytoplasmique de la membrane. Ces protéines restent liées soit par des liaisons covalentes avec des chaînes grasses, soit par un oligosaccharide aux phospholipides.

Quelle est la différence entre une protéine intégrale et une protéine périphérique?

• Les protéines périphériques se trouvent à la surface de la membrane plasmique tandis que les protéines intégrales se trouvent entièrement ou partiellement immergées dans la couche lipidique de la membrane plasmique.

• Les protéines périphériques sont faiblement liées à la bicouche lipidique et n'interagissent pas avec le noyau hydrophobe entre deux couches de phospholipides. En revanche, les protéines intégrales sont étroitement liées et interagissent directement avec le noyau hydrophobe de la membrane plasmique. Pour ces raisons, la dissociation des protéines intégrales est plus difficile que les protéines périphériques.

• Des traitements doux peuvent être utilisés pour isoler les protéines périphériques de la membrane plasmique, mais pour l'isolement des protéines intégrales, les traitements doux ne suffisent pas. Pour rompre les liaisons hydrophobes, des détergents sont nécessaires. Ainsi, des protéines intégrales peuvent être isolées de la membrane plasmique.

• Après isolement de ces deux protéines de la membrane plasmique, les protéines périphériques peuvent être dissoutes dans des tampons aqueux neutres tandis que les protéines intégrales ne peuvent pas être dissoutes dans des tampons aqueux neutres ou des agrégats.

• Contrairement aux protéines périphériques, les protéines intégrales sont associées aux lipides lorsqu'elles sont solubilisées.

• Des exemples de protéines périphériques sont la spectrine des érythrocytes, le cytochrome C et l'ATP-ase des mitochondries et l'acétylcholinestérase dans les membranes électroplaxiques. Des exemples de protéines intégrales sont les enzymes liées à la membrane, les récepteurs de médicaments et d'hormones, l'antigène et la rhodopsine.

• Les protéines intégrales représentent environ 70 % tandis que les protéines périphériques représentent la partie restante des protéines de la membrane plasmique.


Qu'est-ce qu'une protéine membranaire intégrale? (Avec des photos)

Une protéine membranaire intégrale, également connue sous le nom d'IMP, est une protéine qui s'étend sur toute la membrane biologique d'une cellule. Ces protéines sont attachées de façon permanente à la membrane cellulaire et leur fonction repose généralement sur leur présence dans la membrane. Tant structurellement que fonctionnellement, ils font partie intégrante des membranes des cellules.

Chaque molécule de protéine membranaire intégrale a une relation complexe avec la membrane à l'intérieur de laquelle elle est située. Structurellement, l'IMP est généralement placé de telle sorte que les brins de protéines sont tissés dans toute la structure de la membrane cellulaire. Des sections de protéines dépassent de la paroi cellulaire à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule, ou dans les deux sens. La molécule de protéine ne peut pas fonctionner si elle n'est pas intégrée dans la membrane.

Une autre caractéristique de la protéine est que ces protéines ne peuvent être retirées de la membrane qu'avec un traitement chimique très spécifique. En effet, les régions hydrophobes de la protéine sont protégées au sein de la bicouche phospholipidique de la membrane cellulaire. Pour cette raison, des détergents, des solvants dénaturants et des solvants non polaires doivent être utilisés pour rompre la bicouche phospholipidique et extraire la protéine membranaire intégrale.

Au sein de la classe des protéines membranaires intégrales, il existe plusieurs catégories différentes de protéines, dont beaucoup sont des récepteurs et d'autres types de molécules de signalisation cellulaire. Ils sont classés en deux groupes, en fonction de leur structure. Ce sont des protéines transmembranaires intégrales et des protéines monotopes intégrales.

Les protéines transmembranaires intégrales sont celles qui couvrent toute la membrane cellulaire. Ces protéines peuvent traverser la membrane une fois, ou la traverser plusieurs fois, en traversant la bicouche phospholipidique de sorte que plusieurs morceaux de la protéine dépassent de la paroi cellulaire. Dans l'ensemble, c'est le type d'IMP le plus courant.

Des exemples de protéines transmembranaires intégrales comprennent les canaux ioniques voltage-dépendants tels que ceux qui transportent les ions potassium dans et hors des cellules. Certains types de récepteurs des cellules T, le récepteur de l'insuline et de nombreux autres récepteurs et neurotransmetteurs, sont tous des protéines transmembranaires intégrales. En général, les récepteurs, les émetteurs et les transporteurs ont tendance à appartenir à cette classe d'IMP, car les protéines qui s'étendent sur toute la membrane sont généralement capables de détecter simultanément les conditions à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule.

Les protéines monotopes intégrales ne couvrent pas toute la membrane biologique. Au lieu de cela, ils sont attachés à la membrane d'un seul côté, avec une extrémité de la protéine faisant saillie à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule. Cette classe de protéines comprend des enzymes telles que la monoamine oxydase et l'amide d'acide gras hydrolase. Les protéines monotopes intégrales sont incapables de détecter les conditions à la fois à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule et sont moins susceptibles d'être impliquées dans la signalisation intercellulaire.


Extraction de protéines membranaires

Les protéines membranaires (MP), qui font partie des membranes biologiques, jouent un rôle crucial dans la structure et les fonctions cellulaires de base, notamment l'intégrité cellulaire, la transduction du signal, la reconnaissance moléculaire, le transport de matériel et la communication de cellule à cellule. De plus, les MP constituent la plus grande catégorie de cibles médicamenteuses. Plus de 60 % des molécules thérapeutiques actuellement disponibles ciblent un ou plusieurs PM. Cependant, il existe relativement peu de MPs avec des structures cristallines connues en raison des défis techniques associés à l'extraction, la solubilisation et la purification des protéines membranaires.

Les MP sont divisées en deux grandes classes : les protéines membranaires intégrales (IMP) et les protéines membranaires périphériques (PMP). Les IMP sont fixés en permanence aux bicouches lipidiques membranaires. Alors que les PMP sont temporairement associés à la bicouche lipidique ou aux IMP au moyen d'interactions non covalentes. D'une manière générale, les IMP peuvent être purifiés par des techniques plus strictes que les PMP, dont l'extraction nécessite juste un tampon à PH élevé. Ici, nous fournissons un protocole pour l'extraction des IMP en se concentrant sur la préparation de l'homogénat, l'élimination des protéines solubles, l'extraction des protéines membranaires et l'élimination des détergents.

  • PBS : 137 mM NaCl, 2,7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, 2 mMKH2Bon de commande4, pH à 7,4.
  • Tampon homogénéisé : 250 mM de saccharose, 1 mM d'EDTA, 10 mM de tampon Tris-HCl, pH à 7,2, ajouter un cocktail d'inhibiteurs de protéase et de phosphatase avant utilisation.
  • Tampon de blocage : 0,1 % (p/v) d'albumine de sérum bovin dans 50 mM de Tris-HCl, 0,15 M de NaCl, pH 7,4.
  • Tampon de lavage : Tris-HCl 50 mM, NaCl 0,15 M, pH 7,4.
  • 2% Triton X-100
  • Ciseaux et lame de scalpel
  • Pipettes et pipettes
  • Homogénéisateur
  • Microtube à centrifuger
  • Sonication
  • Centrifuger
  • Colonnes et matrice d'absorption de détergent appropriée

Préparation homogénéisée

1. Pour les cellules cultivées : collecter les cellules (0,2-1 x 10 8 ) et laver avec du PBS glacé. Centrifuger à 500 x g pendant 5 min à 4°C et aspirer le PBS. Remettre en suspension le culot dans 2 ml de tampon d'homogénéisation glacé dans un homogénéisateur mécanique. Homogénéiser les cellules sur la glace. Passez ensuite à l'étape 3.

2. Pour les mouchoirs : peser une certaine quantité de mouchoirs et les hacher en morceaux sur de la glace. Laver avec du PBS, centrifuger à 500 x g pendant 5 min à 4°C et jeter le tampon de lavage. Homogénéiser les tissus sur glace dans 2 volumes de tampon d'homogénéisation, jusqu'à lyse complète.

3. (Facultatif) Soniquez l'échantillon en utilisant deux impulsions de 10 secondes (30 secondes entre les impulsions) à l'aide d'un sonicateur de sonde. Conservez l'échantillon dans un bain de glace et éloignez la sonde de l'interface échantillon-air pour minimiser la formation de mousse.

Élimination des protéines solubles

4. Transférer l'homogénat dans un nouveau tube Ep de 1,5 mL et centrifuger à 700 x g pendant 10 min à 4°C pour éliminer les cellules intactes, les noyaux et les débris cellulaires.

5. Recueillir le surnageant et jeter le culot.

6. Centrifuger le surnageant à 100 000 x g pendant une heure à 4°C.

7. Aspirer soigneusement le surnageant (contenant la fraction cytosolique) et récupérer le culot.

8. Laver le culot avec du tampon d'homogénéisation et re-centrifuger à 100 000 x g pendant une heure à 4°C. Récupérez la pastille.

Extraction de protéines membranaires par Triton X-100

9. Remettre le culot en suspension dans 1 ml de tampon d'homogénéisation.

10. Ajouter les cellules goutte à goutte au Triton X-100 à 2 % tout en remuant

11. Incuber 30 min à 4°C avec vortex occasionnel.

12. Centrifuger à 100 000 xg pendant 30 min à 4°C.

13. Transférer le surnageant dans un nouveau tube.

Noter: Pour le fractionnement des protéines membranaires périphériques, il vous suffit de remettre en suspension le culot (obtenu à l'étape 8) dans un tampon pH élevé (100 mM Na2CO3, pH 11,3). Incuber pendant 30 min à 4°C avec vortex occasionnel et centrifuger à 100 000 x g pendant une heure à 4°C. Recueillez le surnageant.

Élimination du détergent par chromatographie d'adsorption

Noter: Avant de commencer, assurez-vous que votre détergent est un détergent non ionique (par exemple. Triton X-100) et le poids moléculaire de la protéine est suffisamment grand pour éviter le piégeage dans les pores de la matrice d'absorption.

14. Appliquer de l'eau distillée à travers la matrice de la colonne, suivie du tampon de blocage.


Plateforme de protéines membranaires

Biolabs créatifs a établi des plateformes personnalisées de production de protéines membranaires et d'anticorps de protéines membranaires pour la découverte d'anticorps.

Les protéines membranaires, en fait, sont une sorte de protéines agissant comme des canaux ioniques, des récepteurs et des transporteurs, qui permettent aux cellules de transporter des signaux environnementaux à travers les membranes biologiques. Les protéines membranaires peuvent être classées en deux catégories, les protéines membranaires intégrales (intrinsèques) et périphériques (extrinsèques) en fonction de la nature des interactions membrane-protéine (Figure 1).

Figure 1. Schéma des protéines membranaires dans la membrane biologique. (Biologie cellulaire moléculaire, 4 e édition)

Les protéines membranaires intégrales ont un ou plusieurs segments qui sont noyés dans la bicouche phospholipidique, dont la plupart s'étendent sur l'ensemble de la bicouche phospholipidique. Ces protéines transmembranaires contiennent un ou plusieurs domaines transmembranaires hydrophobes (hélices α ou brins β multiples), s'étendant dans l'environnement aqueux. Les protéines membranaires périphériques n'interagissent pas avec le noyau hydrophobe de la bicouche phospholipidique. Au lieu de cela, ils sont généralement liés à la membrane plasmique par des interactions indirectes avec des protéines membranaires intégrales ou par des interactions directes avec des groupes de tête polaires lipidiques. Les protéines périphériques sont situées sur la face cytosolique de la membrane plasmique, jouant un rôle dans la transduction du signal. D'autres protéines périphériques, dont certaines protéines de la matrice extracellulaire, sont localisées à la surface externe (exoplasmique) de la membrane plasmique.

Il a été prouvé que les protéines membranaires remplissent un large éventail de fonctions dans la croissance cellulaire, la communication cellule-cellule (transduction de signalisation), la différenciation, le flux d'informations, le métabolisme et la migration. Des défauts dans certaines protéines membranaires peuvent conduire à des maladies, comme le cancer, par conséquent, les protéines membranaires représentent près de 50 % des cibles de la recherche thérapeutique. Il est très difficile d'étudier les protéines membranaires en raison de leurs niveaux d'expression naturellement faibles, bien que l'étude des structures des protéines membranaires soit un sujet brûlant partout dans le monde car cela aidera à mieux comprendre les fonctions de ces protéines membranaires. Creative Biolabs possède de nombreux systèmes d'expression sans précédent pour obtenir des protéines membranaires à haut rendement et à conformation native.

À l'exception de la production de protéines membranaires, Creative Biolabs peut fournir des services personnalisés de production d'anticorps de protéines membranaires. La solubilisation des immunogènes des protéines membranaires avec des détergents peut entraîner des changements conformationnels majeurs, rendant difficile leur test avec des anticorps monoclonaux par immunoblot et immunoprécipitation ordinaire. Grâce aux technologies uniques MPAT™ et MEAD™, Biolabs créatifs est spécialisée dans les protéines membranaires et ses services de production d'anticorps. N'hésitez pas à nous contacter pour un devis détaillé.

  1. A. M. Seddon, et al. (2004). Protéines membranaires, lipides et détergents : pas seulement un feuilleton. Biochim. Biophy. Acta., 1666(1-2): 105-117.
  2. Protéine membranaire. (https://en.wikipedia.org/wiki/Membrane_protein).
  3. Protéines membranaires. Biologie cellulaire moléculaire. 4e édition. Section 3.4.

Tous les services et produits répertoriés sont réservés à la recherche. Ne pas utiliser dans des applications diagnostiques ou thérapeutiques.


1.2 Caractéristiques des membranes

L'environnement natif des protéines membranaires est dynamique et asymétrique, décrit par Singer et Nicolson comme fluide et mosaïque dans leur modèle de 1972 qui est devenu le paradigme de la structure membranaire (Figure 1.1). 4 Les lipides constitués de groupes de tête polaires et de chaînes acyles non polaires forment une bicouche fluide bidimensionnelle (Figure 1.2). La composition lipidique est diversifiée, la plupart des lipides étant distribués de manière aléatoire dans la phase de masse de la bicouche tandis que certains sont localisés par des interactions spécifiques avec des protéines et/ou d'autres lipides, souvent dans des régions de lipides ordonnés appelées radeaux (voir ci-dessous).

Dans la phase lipidique désordonnée (Ld, aussi appelée Lα), la fluidité de la bicouche résulte du mouvement constant et varié des lipides (Figure 1.3). Bien que la vitesse de diffusion latérale dans les bicouches lipidiques pures soit très rapide, la mobilité mesurée des lipides en vrac à la surface des cellules est beaucoup plus lente. Cette différence a été expliquée par le suivi d'une seule particule à la surface des cellules contenant des cytosquelettes : les trajectoires des molécules uniques sont rapides dans de petites régions, où elles sont confinées jusqu'à ce qu'elles sautent dans une région contiguë, produisant une progression globale plus lente. 5

La distribution en mosaïque des protéines membranaires résulte de grandes variations de mobilité latérale, de celles qui diffusent rapidement en surface à celles ancrées par le cytosquelette. Une grande partie des protéines membranaires fonctionnent dans des assemblages protéiques, qui ont eux-mêmes des durées de vie variables. Certains complexes de protéines membranaires sont très stables, comme les complexes respiratoires impliqués dans la transduction énergétique (voir ci-dessous), tandis que d'autres sont le résultat d'interactions transitoires telles que celles impliquées dans la transduction du signal. De nombreuses protéines à ancrage lipidique sont observées dans des radeaux membranaires enrichis en sphingomyéline et en cholestérol à l'état d'ordre lipidique (Lo) (voir Figure 1.2). La présence de radeaux variant en taille (diamètres de 10 à 200 nm) et en durée (de <1 ms à des durées de vie assez stables) améliore les distributions non aléatoires et les interactions dynamiques dans la membrane. 6 Les interactions lipide-lipide entraînent probablement la formation de radeaux, étant donné que même de simples mélanges de lipides révèlent l'immiscibilité des fluides (figure 1.4). Les anneaux hydrocarbonés fusionnés du cholestérol sont presque rigides, permettant au stérol de s'aligner avec les lipides contenant des chaînes acyles saturées, en particulier les sphingomyélines, et de favoriser le compactage serré de la phase Lo.


6 types importants de protéines membranaires (avec schéma)

Certains des types les plus importants de protéines membranaires sont les suivants :

1. Protéines périphériques (extrinsèques) 2. Protéines intégrales (intrinsèques) 3. Distribution asymétrique des protéines membranaires 4. Mobilité des protéines membranaires 5. Propriétés enzymatiques des protéines membranaires 6. Isolement et caractérisation des protéines membranaires.

1. Protéines périphériques (extrinsèques) :

Les protéines membranaires périphériques ou extrinsèques sont généralement attachées de manière lâche à la membrane et sont plus facilement éliminées que les protéines intégrales. Les protéines périphériques sont riches en acides aminés avec des chaînes latérales hydrophiles qui permettent une interaction avec l'eau environnante et avec la surface polaire de la bicouche lipidique. Les protéines périphériques à la surface de la membrane extérieure de la cellule contiennent souvent des chaînes de sucres (c'est-à-dire qu'il s'agit de glycoprotéines).

2. Protéines intégrales (intrinsèques) :

Les protéines membranaires intégrales ou intrinsèques contiennent à la fois des régions hydrophiles et hydrophobes. Les portions hydrophiles de la protéine interagissent avec les têtes polaires des molécules lipidiques à chaque surface du feuillet bimoléculaire.

Les portions de protéines intégrales qui dépassent de la surface de la bicouche lipidique sont également riches en acides aminés hydrophiles. Les acides aminés dans la partie de la protéine dépassant de la surface de la membrane externe peuvent être liés à des chaînes de sucres. Les parties de la protéine qui sont enfouies dans la partie hydrophobe de la bicouche lipidique sont riches en acides aminés avec des chaînes latérales hydrophobes.

On pense que ces chaînes latérales forment des liaisons hydrophobes avec les queues hydrocarbonées des phospholipides membranaires. On suppose qu'à l'intérieur de l'intérieur hydrophobe de la membrane, la structure secondaire des protéines intégrales est une hélice alpha et/ou une feuille bêta (Fig. 15-12).

Dans la conformation de l'hélice alpha, les groupes amino et carboxyle le long d'un tronçon du squelette polypeptidique forment des liaisons hydrogène entre eux dans la feuille bêta, des liaisons hydrogène se forment entre les groupes amino et carboxyle dans des tronçons de polypeptide parallèles les uns aux autres.

En l'absence d'une telle liaison hydrogène, ces groupes amino et carboxyle auraient des propriétés polaires, leur nature hydrophile étant incompatible avec l'intérieur hydrophobe de la membrane. Les groupes alpha-amino et carboxyle qui ne sont pas "neutralisés" par liaison hydrogène ne seraient attendus que dans les parties de la protéine intégrale qui s'étendent dans le milieu aqueux de chaque côté de la membrane.

Protéines intégrales qui s'étendent sur la membrane :

M. Bretscher a d'abord démontré l'existence de protéines intégrales qui s'étendent sur toute la membrane. Dans une série d'expériences élégantes, Bretscher a montré que des ligands radioactifs spécifiques des protéines membranaires de l'érythrocytes étaient liés en plus petites quantités aux cellules intactes qu'aux cellules rompues. Il a été montré que la perturbation des cellules exposait des parties des protéines membranaires faisant auparavant face à l'intérieur de la cellule, permettant ainsi à un ligand radioactif supplémentaire de s'associer à la protéine.

TL Steck a développé une technique pour convertir des fragments de membranes érythrocytaires rompues en petites vésicules qui étaient soit "à l'endroit" (c'est-à-dire que la face externe de la membrane formait également la face externe de la vésicule) ou "à l'intérieur" out” (Fig. 15-13).

Lorsque des enzymes protéolytiques ont été ajoutées à des suspensions séparées de chaque type de vésicule, certaines de leurs protéines membranaires se sont révélées également sensibles à la digestion et pourraient donc être attaquées par voie enzymatique à partir de l'une ou l'autre des surfaces membranaires. Ces protéines ont clairement traversé la membrane. D'autres protéines n'étaient sensibles à la digestion enzymatique que lorsqu'elles étaient présentes dans des vésicules à l'endroit ou à l'extérieur, indiquant leur distribution différentielle dans les surfaces externe et interne de la membrane.

Les protéines intégrales qui couvrent toute la membrane contiennent deux régions externes qui sont hydrophiles (c'est-à-dire une à chaque surface de la membrane), la région centrale est hydrophobe (Fig. 15-12). On pense que les glucides associés à la région hydrophile faisant face à l'environnement de la cellule jouent un rôle dans le maintien de l'orientation de la protéine à l'intérieur de la membrane. Les sucres hydrophiles, ainsi que les chaînes latérales hydrophiles d'acides aminés dans la région externe de la protéine, empêchent efficacement la réorientation de la protéine dans la direction du noyau hydrocarboné de la bicouche lipidique.

3. Distribution asymétrique des protéines membranaires :

Les régions externe et interne de la membrane plasmique ne contiennent ni les mêmes types ni des quantités égales des diverses protéines périphériques et intégrales. Par exemple, la moitié externe de la membrane érythrocytaire contient beaucoup moins de protéines que la moitié interne.

De plus, diverses protéines membranaires peuvent être présentes en quantités significativement différentes. Les membranes de certaines cellules contiennent cent fois plus de molécules d'une espèce protéique que d'une autre. De plus, quelle que soit la quantité absolue, toutes les copies d'une espèce de protéine membranaire donnée ont exactement la même orientation dans la membrane.

La distribution différentielle des protéines dans les différentes régions de la membrane plasmique à l'intérieur d'une même cellule a été décrite précédemment en relation avec les cellules parenchymateuses du foie et l'épithélium intestinal. Cette distribution irrégulière des protéines membranaires est connue sous le nom d'asymétrie membranaire. Non seulement les protéines des membranes plasmiques sont distribuées de manière asymétrique, mais aussi les protéines des membranes du réticulum endoplasmique et des organites vésiculaires (par exemple, les mitochondries).

4. Mobilité des protéines membranaires :

Lorsque les cellules sont cultivées, il y a une fusion occasionnelle d'une cellule avec une autre pour former une cellule plus grande. La fréquence de fusion cellulaire peut être considérablement augmentée en ajoutant le virus Sendai à la culture cellulaire. En présence de ce virus, même différentes souches de cellules peuvent être induites à fusionner, produisant des cellules hybrides ou des hétérocaryons. D. Frye et M. Edidin ont utilisé ce phénomène pour démontrer que les protéines membranaires peuvent ne pas conserver des positions fixes dans la membrane mais peuvent se déplacer latéralement à travers la bicouche.

Frye et Edidin ont induit la fusion de cellules humaines et de souris pour former des hétérocaryons et, en utilisant des marqueurs d'anticorps fluorescents, ont suivi la distribution des protéines membranaires humaines et murines dans l'hétérocaryon pendant l'intervalle de temps qui a suivi la fusion.

Au début de la fusion, les protéines membranaires humaines et murines étaient respectivement restreintes à leurs « moitiés » de la cellule hybride, mais en moins d'une heure, les deux types de protéines sont devenus uniformément distribués à travers la membrane (Fig. 15-14). La distribution des protéines membranaires ne dépendait pas de la disponibilité de l'ATP et n'était pas empêchée par des inhibiteurs métaboliques, indiquant que le mouvement latéral des protéines dans la membrane se produisait par diffusion.

Although some membrane proteins are capable of lateral diffusion, many are not. G. Nicolson and others have obtained evidence suggesting that many integral proteins are restrained within the membrane by a pro­tein network lying just under the membrane’s inner surface (Fig. 15-9). In many cells, this network is as­sociated with a system of cytoplasmic filaments and microtubules that radiate through the cytosol forming a cytoskeleton.

5. Enzymatic Properties of Membrane Proteins:

Membrane proteins have been shown to possess enzy­matic activity. Table 15-1 lists some of the enzymes that are now recognized as constituents of the plasma membrane of various cells. To this list of proteins must be added receptor proteins (such as the insulin- binding sites of the liver plasma membrane) and struc­tural or non-enzymatic proteins.

Ectoenzymes and Endoenzymes:

Enzymes disposed in the plasma membrane may be characterized accord­ing to the membrane face containing the enzymatic activity. Accordingly, ectoenzymes are those enzymes whose catalytic activity is associated with the exterior surface of the plasma membrane the activity of plasma membrane endoenzymes is associated with the interior of the cell. Many (perhaps all) plasma membrane ectoenzymes are glycoproteins.

6. Isolation and Characterization of Membrane Proteins:

Because of the relative ease with which they may be purified, the plasma membranes of erythrocytes pro­vided much of the early information on the chemistry of proteins (and lipids) present in membranes. Now, however, plasma membranes can be obtained from many cell types in a reasonably uncontaminated state using various forms of density gradient centrifugation.

Nonetheless, the individual protein constituents of the membrane are not so easily extricated for indi­vidual study because of their high degree of insolubil­ity. Varying degrees of success in extracting proteins from the plasma membrane have been achieved using organic detergents (especially sodium dodecyl sulfate, SDS) and concentrated solutions of urea, n-butanol, and ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA).

These chemicals have a disaggregating effect on membranes and cause the release of many of the membrane pro­teins by dissociating the bonds that link the proteins together or to other membrane constituents. Often, the removal of these agents from a preparation of sol- ubilized membrane proteins is quickly followed by the reassociation or reaggregation of the proteins to form an intractable matrix.

Once solubilized, the membrane proteins can be sep­arated into discrete classes using electrophoresis, chromatography, or other procedures. This generally demands that the dissociating agents be present in the separating medium (e.g., the electrophoresis gel, the column eluent, etc.) other­wise, application of the membrane extract to the me­dium is followed by membrane protein reaggregation into insoluble complexes that will not separate into distinct fractions.

For example, the separation of liver plasma membrane proteins is achieved only if the electrophoresis gel contains SDS. The solubility problem has been one of the greatest barriers to progress in isolating and fully characterizing the proteins of membranes.

Some of the plasma membrane enzymes listed in Table 15-1 have not actually been isolated from the membrane, as removal and isolation of the enzyme is not a prerequisite for establishing its presence. In­stead, the enzyme activity can be measured directly in the (un-solubilized) membrane preparation.