Les lipides membranaires

Un lipide est une molécule amphiphile caractérisée par une partie polaire (la tête) et une partie apolaire (la queue). Le rapport de taille entre la tête et la queue définit la forme du lipide. Un lipide est en cône inversé si la tête est plus grande que la queue, de forme cylindrique si la tête et la queue sont de même taille ou de forme conique si la tête est plus petite que la queue (Figure 2.10).

Figure 2.10 – Structures formées par les différentes formes de lipide. (a) Les lipides en cône inversé forment des micelles. (b) Les lipides cylindriques forment des bicouches. (c) Les lipides coniques forment une phase hexagonale inverse. Tiré de Janmey et Kinnunen (2006).

s’auto-assembler de manière à minimiser l’exposition de leur partie hydrophobe avec le solvant. Plus précisément, les lipides en cône inversé vont s’assembler en micelles, les lipides cylindriques vont s’assembler en bicouche et les lipides coniques vont former une phase hexagonale inverse (Figure 2.10).

Dans un lipide, la queue est la partie la plus flexible tandis que la région entre la tête et la queue est la partie la plus rigide (Aussenac et al., 2003). La queue hydrophobe peut contenir des insaturations (double liaison au lieu d’une simple) qui peuvent être en conformation cis ou trans comme illustré dans la Figure 2.11.

Figure 2.11 – Illustration d’une insaturation dans une chaîne aliphatique. A- conformation trans et B- conformation cis. Tiré de wikipedia.org.

Une insaturation en conformation cis (hydrogènes de même côté de la double liaison) crée un coude dans la chaîne aliphatique, tandis qu’une insaturation en conformation trans a une structure plutôt étendue (Figure 2.11). Les coudes dans les chaînes aliphatiques entraînent un écartement des têtes polaires comme illustré dans la Figure 2.12. Dans une telle situation on dit qu’il y a des défauts de packing dans les têtes polaires car les parties hydrophobes des lipides sont accessibles par l’eau.

Figure 2.12 – Représentation schématique des défauts de packing. Les défauts de packing sont représentés par les flèches rouges. Tiré de l’HDR (Habilitation à Diriger des Recherches) de Patrick Fuchs.

L’état physique des lipides dans une bicouche change considérablement sous l’effet de la température comme illustré dans la Figure 2.13. En dessous de la température de

transition de phase les lipides sont très ordonnés (la bicouche est rigide) tandis qu’au dessus de la température de transition de phase les lipides sont désordonnés (la bicouche est fluide). La température de transition de phase d’un lipide est directement reliée au nombre d’insaturations car plus il y a d’insaturations, moins les chaînes sont serrées les unes contre les autres et donc plus la température de transition est basse (voir Tableau 2 en appendice).

Figure 2.13 – Transition de phase dans une bicouche lipidique. Lβ′, P β′ et Lα correspondent respectivement aux phases rigide, intermédiaire et fluide. Tiré de avantili- pids.com.

Les membranes cellulaires sont composées d’une grande variété de lipides tels que les glycérophospholipides et les glycolipides (lipides portant un oligosaccharide) et de stérols tel que le cholestérol. Comme les glycérophospholipides sont les lipides les plus abondants, regardons maintenant leur composition.

Les glycérophospholipides

Un glycérophospholipide est un phospholipide constitué d’un squelette glycérol sur lequel sont attachées deux chaînes aliphatiques en positions 1 (sn-1) et 2 (sn-2) et un acide phosphorique en position 3 (sn-3) comme illustré dans la Figure 2.14. Les deux chaînes aliphatiques sn-1 et sn-2 forment la queue hydrophobe du glycérophospholipide et la chaîne sn-3, correspondant à l’acide phosphorique lié ou non à un composé hydroxylé (X), forme la tête polaire.

Selon le composé hydroxylé qui se fixe sur l’acide phosphorique, on obtient différentes classes de glycérophospholipides dont les têtes polaires sont chargées ou neutres (zwitte- rioniques) comme montré dans le Tableau 2.2.

De même, la longueur des chaînes aliphatiques et le nombre d’insaturations sont va- riables (Tableau 2.3).

Finalement, en combinant la diversité de composition de la tête polaire et de la queue hydrophobe, 1014 (6 × 13 × 13) glycérophospholipides différents peuvent être construits,

Figure 2.14 – Représentation d’un glycérophospholipide. R1 et R2 représentent les deux chaînes aliphatiques et X est le composé hydroxylé.

Composé hydroxylé Classe de glycérophos- pholipide Abréviation Charge

Hydrogène H Acide_{phosphatidique} PA négative

Choline Phosphatidyl-

choline PC neutre

Éthanolamine Phosphatidylé-_thanolamine PE neutre

Sérine Phosphatidylsé- rine PS négative Glycérol Phosphatidyl- glycérol PG négative Inositol Phosphatidyli- nositol PI négative

Tableau 2.2 – Classes de glycérophospholipides.

bien que seules certaines combinaisons existent dans la nature.

Parmi les glycérophospholipides, les lipides PC constituent la classe de lipides la plus abondante dans les membranes de mammifère et sont présents dans toutes les membranes des organismes eucaryotes (Figure 2.15).

Au sein d’une même cellule, il existe une grande différence de composition lipidique entre les membranes pré-Golgi (RE et du cis-Golgi) et post-Golgi (trans-Golgi et la membrane plasmique). Les membranes « pré-Golgi » sont symétriques (c’est-à-dire que

Nom de l’acide Longueur de la chaîne : nombre_{d’insaturation (position-conformation)} Laurique 12 : 0 Myristique 14 : 0 Palmitique 16 : 0 Palmitoléique 16 : 1 (9-cis) Stératique 18 :0 Oléique 18 : 1 (9-cis) Vaccénique 18 : 1 (11-cis) Linoléique 18 : 2 (9-cis, 12-cis) γ-Linoléique 18 : 3 (6-cis, 9-cis, 12-cis) α-Linoléique 18 : 3 (9-cis, 12-cis, 15-cis) Arachidique 20 :0

Béhénique 22 :0

Arachidonique 20 : 4 (5-cis, 8-cis, 11-cis, 14-cis)

Tableau 2.3 – Exemple de longueurs des chaînes aliphatiques avec ou non des insaturations.

la composition dans les deux feuillets est la même), contiennent peu de cholestérol, peu de lipides chargés et peu de lipides saturés (van Meer et al., 2008). En revanche les membranes « post-Golgi » qui sont asymétriques, contiennent plus de cholestérol, plus de lipides chargés et plus de lipides saturés (van Meer et al., 2008). L’abondance du cholestérol et des lipides saturés rend la membrane plus rigide et donc moins perméable au passage de molécules. Les membranes « pré-Golgi » sont dénommées membranes « précoces » par opposition à celles « post-Golgi ».

Cette composition lipidique propre à chaque compartiment cellulaire, mais aussi l’état physique (courbé, fluide, ordonné, etc) vont permettre aux protéines périphériques (voir section suivante) de cibler un compartiment cellulaire plutôt qu’un autre. Regardons donc maintenant comment les protéines périphériques interagissent avec les membranes cellulaires.