chapitre 7 Structure et fonction des membranes 145
ConCept
7.2
La perméabilité sélective
des membranes résulte
de leur structure
Une membrane biologique est un exemple merveilleux de
structure supramoléculaire : ses propriétés dépassent celles
des molécules qui la constituent. Il s’agit d’un bel exemple
d’émergence. Tout le reste de ce chapitre traite de l’une des
propriétés les plus importantes d’une membrane biologique :
sa perméabilité sélective. Vous aurez encore une fois l’occasion de constater la corrélation entre structure et fonction.
Le modèle de la mosaïque fluide vous aidera à comprendre le
passage des substances à travers les membranes biologiques.
Les notions concernant le transport membranaire revêtent
une importance primordiale pour la compréhension du
fonctionnement des êtres vivants.
De petites molécules et des ions traversent régulièrement
la membrane plasmique dans les deux sens. Une cellule
musculaire, par exemple, procède à de nombreux échanges
chimiques avec le liquide extracellulaire. Elle laisse entrer les
monosaccharides, les acides aminés et les autres nutriments,
alors qu’elle fait sortir les sousproduits du métabolisme. Elle
laisse pénétrer le dioxygène (O 2 ) nécessaire à sa respiration et
expulse du dioxyde de carbone. Enfin, elle régularise ses
concentrations en ions inorganiques monoatomiques (tels
que H
1
, Na
1
, K
1
, Ca
21
, et Cl
) et en ions inorganiques polyatomiques (tels que NH 4
1
, OH
, HCO 3
) en leur faisant traverser la membrane plasmique dans un sens ou dans l’autre.
Si la circulation est intense, la membrane n’en forme pas
moins une barrière à la perméabilité sélective : les substances
ne la traversent pas toutes sans discrimination. La cellule a la
capacité d’admettre certains ions et petites molécules, et de
refuser l’accès à d’autres. De plus, toutes les substances ne
traversent pas la membrane à la même vitesse, comme nous
le verrons un peu plus loin.
La perméabilité de la bicouche
phospholipidique
Les molécules hydrophobes (non polaires) comme les hydrocarbures, le dioxyde de carbone et l’oxygène se dissolvent
dans la bicouche de la membrane et la traversent lentement
mais aisément, sans l’aide de protéines membranaires. Toutefois, la partie interne, hydrophobe, de la membrane empêche
les ions et les molécules polaires, qui sont hydrophiles, de
passer directement à travers la membrane. Les molécules
polaires comme le glucose et d’autres sucres ne traversent
que très lentement la bicouche phospholipidique ; même
l’eau ne franchit pas facilement la bicouche. Un certain passage, toujours marginal, est toutefois possible en raison de la
très petite taille de ces molécules, malgré leur polarité. L’eau
arrive alors à se faufiler lentement entre les phosphoglycérolipides d’une membrane très fluide (possédant peu de cholestérol). Avec leur revêtement aqueux (voir la figure 3.7, p. 54),
les ions et les molécules chargées (certains acides aminés, par
exemple) ont encore plus de mal à franchir la partie interne,
hydrophobe, de la membrane. De plus, le mécanisme de perméabilité sélective de la membrane cellulaire ne repose pas
strictement sur la bicouche phospholipidique. La membrane
plasmique renferme également des protéines qui jouent un
rôle clé dans la régulation des transports.
. Figure 7.11
iMpact
traiter les infections au vih en bloquant
l’entrée du virus dans la cellule
M
algré de multiples expositions au VIH, un petit nombre de gens
ne contractent pas le sida et leurs cellules ne présentent aucun signe
d’infection au VIH. Des travaux ont montré que le VIH se lie à la principale
protéine réceptrice (CD4) sur une cellule immunitaire ; cependant, presque
tous les types de VIH doivent pour pénétrer dans la cellule se lier à une
autre protéine, dite CCR5, qui agit comme « corécepteur » (ci-dessous,
à gauche). Or, en comparant les gènes des personnes résistantes à ceux
des personnes contaminées, les chercheurs ont découvert que les sujets
résistants possédaient une forme rare d’un gène altéré, incapable de coder
pour le CCR5. L’absence de ce corécepteur sur les cellules des sujets résistants empêche le virus de pénétrer dans les cellules (ci-dessous, à droite).
VIH
Récepteur
(CD4)
Récepteur (CD4),
mais absence
du corécepteur
CCR5
Membrane
plasmique
Corécepteur
(CCR5)
Le VIH peut infecter une cellule
qui a le CCR5 sur sa surface
membranaire, ce qui est le cas
chez la plupart des gens.
Le VIH ne peut pas infecter
une cellule qui ne porte pas
le corécepteur CCR5 sur sa surface
membranaire, ce qui est le cas
chez les sujets résistants.
pourQuoI C’est IMportAnt Les chercheurs ont tenté de trouver des
médicaments pour bloquer les récepteurs des protéines de surface utilisés par
le VIH pour infecter les cellules immunitaires. Toutefois, comme la principale
protéine réceptrice, la CD4, remplit plusieurs fonctions importantes dans les
cellules, il n’est pas souhaitable d’en bloquer le fonctionnement en raison
d’éventuels effets secondaires dangereux. C’est pourquoi la découverte du
corécepteur CCR5 a fourni aux chercheurs une cible plus sûre et leur a permis
de mettre au point des médicaments qui inhibent cette protéine et empêchent
le VIH d’entrer. L’un de ces médicaments, le maraviroc (commercialisé sous le
nom de Celsentri), a été approuvé pour le traitement de l’infection au VIH en
2008.
pour en sAvoIr plus T. Kenakin, New bull’s-eyes for drugs, Scientific
American 293 (4) : 50-57 (2005) ; S. O’Brien et M. Dean, Pourquoi certaines
personnes résistent au sida, Pour la Science 240 : 82-89 (1997).
FAItes des lIens Étudiez les figures 2.18 (p. 44) et 5.19 (p. 89), qui
montrent toutes deux des paires de molécules en train de se lier. Quelle(s)
caractéristique(s) du CCR5 pourraient permettre au VIH de s’y lier ? Comment
une molécule médicamenteuse pourrait-elle empêcher cette liaison ?
ConCept
7.2
La perméabilité sélective
des membranes résulte
de leur structure
Une membrane biologique est un exemple merveilleux de
structure supramoléculaire : ses propriétés dépassent celles
des molécules qui la constituent. Il s’agit d’un bel exemple
d’émergence. Tout le reste de ce chapitre traite de l’une des
propriétés les plus importantes d’une membrane biologique :
sa perméabilité sélective. Vous aurez encore une fois l’occasion de constater la corrélation entre structure et fonction.
Le modèle de la mosaïque fluide vous aidera à comprendre le
passage des substances à travers les membranes biologiques.
Les notions concernant le transport membranaire revêtent
une importance primordiale pour la compréhension du
fonctionnement des êtres vivants.
De petites molécules et des ions traversent régulièrement
la membrane plasmique dans les deux sens. Une cellule
musculaire, par exemple, procède à de nombreux échanges
chimiques avec le liquide extracellulaire. Elle laisse entrer les
monosaccharides, les acides aminés et les autres nutriments,
alors qu’elle fait sortir les sousproduits du métabolisme. Elle
laisse pénétrer le dioxygène (O 2 ) nécessaire à sa respiration et
expulse du dioxyde de carbone. Enfin, elle régularise ses
concentrations en ions inorganiques monoatomiques (tels
que H
1
, Na
1
, K
1
, Ca
21
, et Cl
) et en ions inorganiques polyatomiques (tels que NH 4
1
, OH
, HCO 3
) en leur faisant traverser la membrane plasmique dans un sens ou dans l’autre.
Si la circulation est intense, la membrane n’en forme pas
moins une barrière à la perméabilité sélective : les substances
ne la traversent pas toutes sans discrimination. La cellule a la
capacité d’admettre certains ions et petites molécules, et de
refuser l’accès à d’autres. De plus, toutes les substances ne
traversent pas la membrane à la même vitesse, comme nous
le verrons un peu plus loin.
La perméabilité de la bicouche
phospholipidique
Les molécules hydrophobes (non polaires) comme les hydrocarbures, le dioxyde de carbone et l’oxygène se dissolvent
dans la bicouche de la membrane et la traversent lentement
mais aisément, sans l’aide de protéines membranaires. Toutefois, la partie interne, hydrophobe, de la membrane empêche
les ions et les molécules polaires, qui sont hydrophiles, de
passer directement à travers la membrane. Les molécules
polaires comme le glucose et d’autres sucres ne traversent
que très lentement la bicouche phospholipidique ; même
l’eau ne franchit pas facilement la bicouche. Un certain passage, toujours marginal, est toutefois possible en raison de la
très petite taille de ces molécules, malgré leur polarité. L’eau
arrive alors à se faufiler lentement entre les phosphoglycérolipides d’une membrane très fluide (possédant peu de cholestérol). Avec leur revêtement aqueux (voir la figure 3.7, p. 54),
les ions et les molécules chargées (certains acides aminés, par
exemple) ont encore plus de mal à franchir la partie interne,
hydrophobe, de la membrane. De plus, le mécanisme de perméabilité sélective de la membrane cellulaire ne repose pas
strictement sur la bicouche phospholipidique. La membrane
plasmique renferme également des protéines qui jouent un
rôle clé dans la régulation des transports.
. Figure 7.11
iMpact
traiter les infections au vih en bloquant
l’entrée du virus dans la cellule
M
algré de multiples expositions au VIH, un petit nombre de gens
ne contractent pas le sida et leurs cellules ne présentent aucun signe
d’infection au VIH. Des travaux ont montré que le VIH se lie à la principale
protéine réceptrice (CD4) sur une cellule immunitaire ; cependant, presque
tous les types de VIH doivent pour pénétrer dans la cellule se lier à une
autre protéine, dite CCR5, qui agit comme « corécepteur » (ci-dessous,
à gauche). Or, en comparant les gènes des personnes résistantes à ceux
des personnes contaminées, les chercheurs ont découvert que les sujets
résistants possédaient une forme rare d’un gène altéré, incapable de coder
pour le CCR5. L’absence de ce corécepteur sur les cellules des sujets résistants empêche le virus de pénétrer dans les cellules (ci-dessous, à droite).
VIH
Récepteur
(CD4)
Récepteur (CD4),
mais absence
du corécepteur
CCR5
Membrane
plasmique
Corécepteur
(CCR5)
Le VIH peut infecter une cellule
qui a le CCR5 sur sa surface
membranaire, ce qui est le cas
chez la plupart des gens.
Le VIH ne peut pas infecter
une cellule qui ne porte pas
le corécepteur CCR5 sur sa surface
membranaire, ce qui est le cas
chez les sujets résistants.
pourQuoI C’est IMportAnt Les chercheurs ont tenté de trouver des
médicaments pour bloquer les récepteurs des protéines de surface utilisés par
le VIH pour infecter les cellules immunitaires. Toutefois, comme la principale
protéine réceptrice, la CD4, remplit plusieurs fonctions importantes dans les
cellules, il n’est pas souhaitable d’en bloquer le fonctionnement en raison
d’éventuels effets secondaires dangereux. C’est pourquoi la découverte du
corécepteur CCR5 a fourni aux chercheurs une cible plus sûre et leur a permis
de mettre au point des médicaments qui inhibent cette protéine et empêchent
le VIH d’entrer. L’un de ces médicaments, le maraviroc (commercialisé sous le
nom de Celsentri), a été approuvé pour le traitement de l’infection au VIH en
2008.
pour en sAvoIr plus T. Kenakin, New bull’s-eyes for drugs, Scientific
American 293 (4) : 50-57 (2005) ; S. O’Brien et M. Dean, Pourquoi certaines
personnes résistent au sida, Pour la Science 240 : 82-89 (1997).
FAItes des lIens Étudiez les figures 2.18 (p. 44) et 5.19 (p. 89), qui
montrent toutes deux des paires de molécules en train de se lier. Quelle(s)
caractéristique(s) du CCR5 pourraient permettre au VIH de s’y lier ? Comment
une molécule médicamenteuse pourrait-elle empêcher cette liaison ?