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Dégradation hypothalamique et effet de la température sur les lipides membranaires


Je suis en dernière année de lycée et je fais un travail de recherche sur la thermorégulation. Dans l'exemple de niveau d'excellence pour la norme, un étudiant a fait la déclaration :

Une fois que la température interne du corps est bien au-dessus de la plage optimale, des enzymes importantes commencent à se dénaturer, les phospholipides commencent à se déstabiliser et les lipides de la membrane cellulaire commencent à se dissoudre. En conséquence, des organes importants du tronc du corps sont incapables d'effectuer des processus métaboliques importants. Si la température continue d'augmenter, cela provoque des lésions tissulaires pouvant entraîner un handicap selon sa gravité. Cela provoque également la panne du thermostat hypothalamique, ce qui signifie que le corps ne peut plus contrôler la température centrale.

Cependant, je n'ai pu trouver aucune source mentionnant la déstabilisation des phospholipides ou la dissolution des lipides membranaires. Je n'ai rien trouvé non plus sur les lésions tissulaires ou l'arrêt du thermostat hypothalamique.

Ces choses sont-elles vraies ? Et si oui, quelqu'un pourrait-il me diriger vers une source fiable qui l'indique ?


Si vous fournissez de la chaleur à un système, l'entropie augmente, ce qui entraîne une déstabilisation de l'ordre. Il s'agit d'un principe thermodynamique général et vous pouvez vous référer à n'importe quel livre de base sur ce sujet. Cependant, il n'est pas essentiel que toutes les molécules soient affectées de la même manière. Il existe des enzymes thermostables dans les thermophiles tels que Thermus aquatique qui résistent à la chaleur. De plus, les membranes de ces organismes sont constituées de lipides isoprénoïdes plus forts et plus rigides.

Même chez les mésophiles, les membranes lipidiques plus riches en cholestérol sont rigides et plus résistantes aux mouvements thermiques.

Sur Panne du thermostat : Le corps ne peut réguler la température que dans une certaine plage ; à des températures plus élevées, ces mécanismes échoueront également.


Points forts

L'état obèse induit des altérations cellulaires et métaboliques de l'hypothalamus, entraînant une inflammation chronique de bas grade et un stress du RE qui, à leur tour, altèrent l'équilibre énergétique.

Les capteurs résidents de la membrane du RE transmettent des signaux de stress du RE à la cellule par des voies de signalisation appelées collectivement la réponse protéique dépliée (UPR).

Les voies UPR agissent de concert pour augmenter le contenu du RE, augmenter la capacité de repliement des protéines du RE, dégrader les protéines mal repliées et réduire la charge de nouvelles protéines entrant dans le RE. Tous ces éléments sont orientés vers l'adaptation pour résoudre le défaut de repliement des protéines.

Le stress du RE hypothalamique agit pour favoriser un bilan énergétique positif, en atténuant la réponse à l'hormone anorexique leptine.

Le traitement de la POMC hypothalamique est altéré par le stress du RE induit par l'obésité, entraînant une diminution de la production d'α-MSH, un régulateur central de l'homéostasie énergétique.

Le surpoids et l'obésité posent des problèmes de santé importants à l'échelle mondiale et sont liés de manière causale à un dérèglement métabolique. L'hypothalamus intègre des signaux neuraux, nutritionnels et hormonaux pour réguler l'homéostasie, notamment le rythme circadien, la température corporelle, la soif, l'apport alimentaire, la dépense énergétique et le métabolisme du glucose. Les neuropeptides hypothalamiques jouent un rôle fondamental dans ces processus. Des études menées au cours des deux dernières décennies suggèrent un rôle du stress du réticulum endoplasmique central (RE) dans la physiopathologie de l'obésité. Cette revue couvre les découvertes récentes sur le rôle du stress du RE et du traitement des neuropeptides dans la régulation centrale de l'homéostasie énergétique, avec un accent particulier sur les neurones codant pour la proopiomélanocortine (POMC). De plus, le rôle de la neuroinflammation dans le contexte de l'obésité est brièvement discuté.


Questions ouvertes

Comment la machinerie autophagique cible-t-elle sélectivement les lipides stockés pour la dégradation en réponse aux changements dans les niveaux de nutriments ?

Quelles sont les contributions relatives de la lipolyse cytosolique et de la lipophagie au métabolisme des lipides dans différents types de cellules, et y a-t-il une interaction entre les deux voies ?

Quels sont les mécanismes par lesquels les lipides intracellulaires et d'autres facteurs régulent les niveaux de lipophagie ?

Les défauts de la lipophagie sous-tendent-ils les maladies humaines et la lipophagie peut-elle être une cible thérapeutique ?

Les lipides intracellulaires sont essentiels aux cellules en tant que source d'énergie, composants structurels pour les membranes, blocs de construction synthétiques pour d'autres molécules, telles que les hormones, et en tant que médiateurs de la signalisation cellulaire. La capacité de stocker en toute sécurité des quantités adéquates, mais pas excessives, de lipides et de les métaboliser en cas de besoin est essentielle pour le fonctionnement et la survie des cellules. La découverte récente que les lipides peuvent être dégradés sélectivement par la voie lysosomale de la macroautophagie à travers un processus appelé lipophagie 1 a ouvert une nouvelle compréhension de la façon dont le métabolisme des lipides régule la physiologie cellulaire et la physiopathologie. De nombreuses nouvelles fonctions du métabolisme des lipides autophagiques ont maintenant été définies dans divers processus cellulaires allant de la transdifférenciation à la résistance à la mort.


Biologie 235 Unité 18 Système endocrinien

2. Lieu d'action du médiateur
NS - Près du site de libération, la synapse se lie aux récepteurs de la membrane postsynaptique.
ES - Loin du site de libération (généralement) se lie aux récepteurs sur ou dans les cellules cibles.

3. Types de cellules cibles
Cellules musculaires (lisses, cardiaques et squelettiques), cellules glandulaires, autres neurones.
Cellules dans tout le corps.

4. Délai avant le début de l'action
NS - Généralement en quelques millisecondes (millièmes de seconde).
ES - Secondes à heures ou jours.

2. Deux hormones thyroïdiennes (T3 et T4) sont synthétisées en fixant de l'iode à l'acide aminé tyrosine. La présence de deux cycles benzéniques au sein d'une molécule T3 ou T4 rend ces molécules très liposolubles.
T3 (triiodothyronine), T4 (thyroxine)

1. Hormones amines (a-MĒN) Les catécholamines—épinéphrine, noradrénaline et dopamine—sont synthétisées en modifiant l'acide aminé tyrosine. L'histamine est synthétisée à partir de l'acide aminé histidine par les mastocytes et les plaquettes. La sérotonine et la mélatonine sont dérivées du tryptophane.

2. Les hormones peptidiques et les hormones protéiques sont des polymères d'acides aminés.
Toutes les hormones de libération et d'inhibition de l'hypothalamus, ocytocine, hormone antidiurétique, hormone de croissance humaine, hormone thyréostimulante, hormone adrénocorticotrope, hormone folliculostimulante, hormone lutéinisante, prolactine, hormone mélanocytaire, insuline, glucagon, somatostatine, polypeptide pancréatique, calcitonine, Gastrine, sécrétine, cholécystokinine, GIP (peptide insulinotrope dépendant du glucose), érythropoïétine, leptine,

1. Une molécule d'hormone liposoluble libre diffuse du sang, à travers le liquide interstitiel et à travers la bicouche lipidique de la membrane plasmique dans une cellule.

2. Si la cellule est une cellule cible, l'hormone se lie et active les récepteurs situés dans le cytosol ou le noyau. Le complexe récepteur-hormone activé modifie alors l'expression des gènes : il active ou désactive des gènes spécifiques de l'ADN nucléaire.

3. Au fur et à mesure que l'ADN est transcrit, un nouvel ARN messager (ARNm) se forme, quitte le noyau et pénètre dans le cytosol. Là, il dirige la synthèse d'une nouvelle protéine, souvent une enzyme, sur les ribosomes.

Action d'une hormone hydrosoluble typique

1. Une hormone hydrosoluble (le premier messager) diffuse du sang à travers le liquide interstitiel, puis se lie à son récepteur à la surface extérieure de la membrane plasmique d'une cellule cible. Le complexe hormone-récepteur active une protéine membranaire appelée protéine G. La protéine G activée active à son tour l'adénylate cyclase (a-DEN-i-lāt SĪ-klās).

2. L'adénylate cyclase convertit l'ATP en AMP cyclique (AMPc). Comme le site actif de l'enzyme se trouve sur la surface interne de la membrane plasmique, cette réaction se produit dans le cytosol de la cellule.

3. L'AMP cyclique (le second messager) active une ou plusieurs protéines kinases, qui peuvent être libres dans le cytosol ou liées à la membrane plasmique. Une protéine kinase est une enzyme qui phosphoryle (ajoute un groupe phosphate à) d'autres protéines cellulaires (telles que des enzymes). Le donneur du groupe phosphate est l'ATP, qui est converti en ADP.

4. Les protéines kinases activées phosphorylent une ou plusieurs protéines cellulaires. La phosphorylation active certaines de ces protéines et en inactive d'autres, un peu comme si on allume ou éteint un interrupteur.

5. Les protéines phosphorylées provoquent à leur tour des réactions qui produisent des réponses physiologiques. Différentes protéines kinases existent dans différentes cellules cibles et dans différents organites de la même cellule cible. Ainsi, une protéine kinase peut déclencher la synthèse du glycogène, une seconde peut provoquer la dégradation des triglycérides, une troisième peut favoriser la synthèse des protéines, etc. Comme indiqué à l'étape blue4, la phosphorylation par une protéine kinase peut également inhiber certaines protéines. Par exemple, certaines des kinases libérées lorsque l'épinéphrine se lie aux cellules hépatiques inactivent une enzyme nécessaire à la synthèse du glycogène.

2. Les thyrotrophes sécrètent la thyréostimuline (TSH), également connue sous le nom de thyrotropine. La TSH contrôle les sécrétions et autres activités de la glande thyroïde.

3. Les gonadotrophes sécrètent deux gonadotrophines : l'hormone folliculo-stimulante (FSH) et l'hormone lutéinisante (LH) La FSH et la LH agissent toutes deux sur les gonades. Ils stimulent la sécrétion d'œstrogènes et de progestérone et la maturation des ovocytes dans les ovaires, et ils stimulent la production de spermatozoïdes et la sécrétion de testostérone dans les testicules.

4. Les lactotrophes (LAK-tō-trōfs lacto- = lait) sécrètent de la prolactine (PRL), qui initie la production de lait dans les glandes mammaires.

2. Les osmorécepteurs activent les cellules neurosécrétoires hypothalamiques qui synthétisent et libèrent l'ADH.

3. Lorsque les cellules neurosécrétoires reçoivent une entrée excitatrice des osmorécepteurs, elles génèrent des impulsions nerveuses qui provoquent l'exocytose des vésicules contenant de l'ADH à partir de leurs terminaisons axonales dans l'hypophyse postérieure. Cela libère l'ADH, qui diffuse dans les capillaires sanguins de l'hypophyse postérieure.

bleu4
Le sang transporte l'ADH vers trois tissus cibles : les reins, les glandes sudoripares (sudorales) et les muscles lisses des parois des vaisseaux sanguins. Les reins réagissent en retenant plus d'eau, ce qui diminue la production d'urine. L'activité sécrétoire des glandes sudoripares diminue, ce qui diminue le taux de perte d'eau par la transpiration de la peau. Le muscle lisse des parois des artérioles (petites artères) se contracte en réponse à des niveaux élevés d'ADH, ce qui resserre (rétrécit) la lumière de ces vaisseaux sanguins et augmente la pression artérielle.

5. Une faible pression osmotique du sang (ou une augmentation du volume sanguin) inhibe les osmorécepteurs.

6 L'inhibition des osmorécepteurs réduit ou arrête la sécrétion d'ADH. Les reins retiennent alors moins d'eau en formant un plus grand volume d'urine, l'activité sécrétoire des glandes sudoripares augmente et les artérioles se dilatent. Le volume sanguin et la pression osmotique des fluides corporels reviennent à la normale.

1. Piégeage d'iodure.
Les cellules folliculaires de la thyroïde piègent les ions iodure (I-) en les transportant activement du sang vers le cytosol. En conséquence, la glande thyroïde contient normalement la majeure partie de l'iodure dans le corps.

2. Synthèse de la thyroglobuline.
Alors que les cellules folliculaires piègent I−, elles synthétisent également de la thyroglobuline (TGB) (thī′-rō-GLOB-u-lin), une grande glycoprotéine produite dans le réticulum endoplasmique rugueux, modifiée dans le complexe de Golgi et conditionnée dans les vésicules de sécrétion. Les vésicules subissent alors une exocytose, qui libère le TGB dans la lumière du follicule.

3. Oxydation de l'iodure.
Certains des acides aminés du TGB sont des tyrosines qui deviendront iodées. Cependant, les ions iodure chargés négativement ne peuvent pas se lier à la tyrosine jusqu'à ce qu'ils subissent une oxydation (élimination des électrons) en iode : 2 I− → I2. Au fur et à mesure que les ions iodure sont oxydés, ils traversent la membrane dans la lumière du follicule.

4. Iodation de la tyrosine.
Au fur et à mesure que les molécules d'iode (I2) se forment, elles réagissent avec les tyrosines qui font partie des molécules de thyroglobuline. La liaison d'un atome d'iode donne la monoiodotyrosine (T1) et une seconde iodation produit la diiodotyrosine (T2). Le TGB avec des atomes d'iode attachés, un matériau collant qui s'accumule et est stocké dans la lumière du follicule thyroïdien, est appelé colloïde.

5. Couplage de T1 et T2.
Au cours de la dernière étape de la synthèse de l'hormone thyroïdienne, deux molécules T2 se rejoignent pour former T4, ou une T1 et une T2 se rejoignent pour former T3.

6. Pinocytose et digestion du colloïde.
Des gouttelettes de colloïde rentrent dans les cellules folliculaires par pinocytose et fusionnent avec les lysosomes. Les enzymes digestives dans les lysosomes décomposent le TGB, clivant les molécules de T3 et T4.

7. Sécrétion d'hormones thyroïdiennes.
Parce que T3 et T4 sont liposolubles, ils diffusent à travers la membrane plasmique dans le liquide interstitiel, puis dans le sang. La T4 est normalement sécrétée en plus grande quantité que la T3, mais la T3 est plusieurs fois plus puissante. De plus, une fois que la T4 est entrée dans une cellule du corps, la majeure partie est convertie en T3 par élimination d'un iode.


Comment la température affecte-t-elle la membrane cellulaire?

La membrane cellulaire est souvent représentée comme un modèle de mosaïque fluide composé d'une bicouche phospholipidique avec des protéines intégrées.

Les phospholipides appartiennent à une classe de composés organiques appelés lipides (qui contiennent également des cires, des huiles et des graisses). Comme ce que vous pouvez observer à partir de graisses animales comme le beurre, lorsqu'elles sont chauffées, elles se transforment en liquide. Il en est de même pour les phospholipides. Lors du chauffage, ils deviennent plus « coulants » et fluides que la normale, détruisant leur semi-perméabilité et permettant même l'entrée de substances normalement restreintes. Lorsqu'ils sont refroidis, les phospholipides deviennent plus rigides, limitant le mouvement cellulaire et même arrêtant le transfert de matériaux à travers la membrane cellulaire.

Les protéines sont un peu plus complexes, mais en termes plus simples, elles sont "détruites" ou dénaturées par les fluctuations de température. La dénaturation se produit lorsqu'une protéine perd sa structure secondaire, tertiaire ou quaternaire d'origine. En termes plus simples, en détruisant la structure d'une protéine, vous détruisez également son efficacité et sa fonction. Ceci est préjudiciable à la membrane cellulaire, car ses protéines intégrées fonctionnent non seulement comme support mais aussi comme supports de matériaux cellulaires. La dénaturation des protéines se produit souvent en raison des changements de pH et de température.


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Supplémentation en graisses et protéines

L'utilisation de rations énergétiques contenant de grandes quantités d'hydrates de carbone rapidement fermentescibles, comme le maïs, peut aggraver le problème, car elle augmente la charge thermique par la digestion de la source d'énergie. Alternativement, il a été démontré que l'alimentation en graisses alimentaires (rumen inerte/dérivation du rumen) réduisait la température rectale et augmentait la production de lait chez les vaches laitières (Wang et al., 2010 ). Comparativement à l'amidon et aux fibres, la graisse a un accroissement de chaleur beaucoup plus faible dans le rumen. La réduction des niveaux de glucides permettra des niveaux d'ammoniac plus élevés dans le rumen, donc des protéines dégradables plus élevées et des sources d'azote solubles. En effet, la production laitière peut être maintenue dans des conditions climatiques chaudes en augmentant la production ruminale de précurseurs du glucose. Le monensin (Baumgard et al., 2011 ), le glycérol (Boyd et al., 2010 ) et le propylène glycol (Tunon et al., 2004 ) peuvent être utilisés pour maximiser la production de propionate dans le rumen. Chez les poulets de chair, les effets néfastes du stress thermique peuvent être atténués par une supplémentation en acides gras (Mujahid et al., 2009 ).

De plus, il a été démontré qu'une alimentation riche en protéines améliore le gain de poids corporel, le taux de conversion alimentaire et le gain de protéines musculaires chez les poulets de chair (Temim et al., 2000 Gonzalez-Esquerra et Leeson, 2005 ). Chez les vaches, donner plus de protéines de dérivation pendant la période de stress thermique peut améliorer la production de lait (Terada, 1996 ).


Dégradation électrique réversible des membranes bicouches lipidiques : étude de la relaxation des impulsions de charge

Des expériences d'impulsion de charge ont été réalisées avec des membranes bicouches lipidiques à partir de cholestérol oxydé/m-décane à des tensions relativement élevées (plusieurs centaines de mV). Les membranes présentent une rupture mécanique irréversible si la membrane est chargée à des tensions de l'ordre de 300 mV. Dans le cas de la rupture mécanique, la tension aux bornes de la membrane a besoin d'environ 50 à 200 sec pour chuter complètement à zéro. A des tensions beaucoup plus élevées, appliquées à la membrane par des impulsions de charge d'une durée d'environ 500 ns, une diminution de la résistance spécifique des membranes de neuf ordres de grandeur est observée (de 10 8 à 0,1 cm 2 ), qui est corrélée à la claquage électrique réversible de la membrane bicouche lipidique. En raison de la forte augmentation de la conductance (rupture) de la bicouche, il n'est pas possible de charger la membrane à une valeur supérieure à la différence de potentiel critiqueV c. Pour 1 m de chlorures d'ions alcalinsV c était d'environ 1 V. La dépendance à la température de la tension de claquage électriqueV c est comparable à celui observé avec les membranes cellulaires.V c diminue entre 2 et 48°C de 1,5 à 0,6 V en présence de 1 m de KCl.

Des expériences de dégradation ont également été réalisées avec des membranes bicouches lipidiques composées d'autres lipides. La décroissance rapide de la tension (courant) dans la plage de 100 ns après application d'une impulsion de charge était très similaire dans ces expériences par rapport aux expériences avec des membranes fabriquées à partir de cholestérol oxydé. Cependant, les membranes fabriquées à partir d'autres lipides présentent une rupture mécanique après la rupture électrique, alors qu'avec une seule membrane de cholestérol oxydé plus de vingt expériences de rupture reproductibles ont pu être répétées sans perturbation visible de la stabilité membranaire.

Le claquage électrique réversible de la membrane est discuté en termes à la fois de compression de la membrane (modèle électromécanique) et de mouvement ionique à travers la membrane induit par une intensité de champ électrique élevée (énergie de Born).


Action anesthésique sur les lipides membranaires

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