MEMBRANE PLASMA: CARACTÉRISTIQUES, FONCTIONS ET STRUCTURE - LA BIOLOGIE - 2025

La membrane plasmique, membrane cellulaire, plasmalemme ou membrane cytoplasmique, est une structure lipidique qui entoure et délimite les cellules, étant un élément indispensable de leur architecture. Les biomembranes ont la propriété d'enfermer une certaine structure avec son extérieur. Sa fonction principale est de servir de barrière.

De plus, il contrôle le transit des particules qui peuvent entrer et sortir. Les protéines membranaires agissent comme des «portes moléculaires» avec des gardiens assez exigeants. La composition de la membrane joue également un rôle dans la reconnaissance cellulaire.

Structurellement, ce sont des bicouches composées de phospholipides, de protéines et de glucides naturellement arrangés. De même, un phospholipide représente un luminophore avec une tête et une queue. La queue est constituée de chaînes carbonées insolubles dans l'eau, celles-ci sont regroupées vers l'intérieur.

Au lieu de cela, les têtes sont polaires et donnent à l'environnement cellulaire aqueux. Les membranes sont des structures extrêmement stables. Les forces qui les maintiennent sont celles de van der Waals, parmi les phospholipides qui les composent; cela leur permet d'entourer fermement le bord des cellules.

Cependant, ils sont également assez dynamiques et fluides. Les propriétés des membranes varient selon le type de cellule analysé. Par exemple, les globules rouges doivent être élastiques pour se déplacer dans les vaisseaux sanguins.

En revanche, dans les neurones, la membrane (gaine de myéline) a la structure nécessaire pour permettre une conduction efficace de l'influx nerveux.

Caractéristiques générales

Par Jpablo cad, de Wikimedia Commons

Les membranes sont des structures assez dynamiques qui varient largement selon le type de cellule et la composition de ses lipides. Les membranes sont modifiées selon ces caractéristiques comme suit:

Fluidité membranaire

La membrane n'est pas une entité statique, elle se comporte comme un fluide. Le degré de fluidité de la structure dépend de plusieurs facteurs, parmi lesquels la composition lipidique et la température à laquelle les membranes sont exposées.

Lorsque toutes les liaisons qui existent dans les chaînes carbonées sont saturées, la membrane a tendance à se comporter comme un gel et les interactions de van der Waals sont stables. Au contraire, lorsqu'il y a des doubles liaisons, les interactions sont plus petites et la fluidité augmente.

De plus, il y a un effet de la longueur de la chaîne carbonée. Plus il est long, plus les interactions se produisent avec ses voisins, augmentant ainsi la fluidité. Lorsque la température augmente, la fluidité de la membrane augmente également.

Le cholestérol joue un rôle indispensable dans la régulation de la fluidité et dépend des concentrations de cholestérol. Lorsque les files d'attente sont longues, le cholestérol agit comme un antidémarrage, diminuant la fluidité. Ce phénomène se produit à des taux de cholestérol normaux.

L'effet change lorsque le taux de cholestérol est plus bas. En interagissant avec les queues lipidiques, l'effet qu'il provoque est leur séparation, réduisant la fluidité.

Courbure

Tout comme la fluidité, la courbure de la membrane est déterminée par les lipides qui composent chaque membrane particulière.

La courbure dépend de la taille de la tête et de la queue lipidiques. Ceux qui ont de longues queues et de grandes têtes sont plats; ceux dont la tête est relativement plus petite ont tendance à se courber beaucoup plus que le groupe précédent.

Cette propriété est importante dans les phénomènes d'évagination membranaire, la formation de vésicules, les microvillosités, entre autres.

Distribution lipidique

Les deux "feuilles" qui composent chaque membrane - rappelez-vous qu'il s'agit d'une bicouche - n'ont pas la même composition de lipides à l'intérieur; pour cette raison, la distribution est dite asymétrique. Ce fait a des conséquences fonctionnelles importantes.

Un exemple spécifique est la composition de la membrane plasmique des érythrocytes. Dans ces cellules sanguines, la sphingomyéline et la phosphatidylcholine (qui forment des membranes avec une plus grande fluidité relative) se retrouvent face à l'extérieur de la cellule.

Les lipides qui ont tendance à former des structures plus fluides font face au cytosol. Ce schéma n'est pas suivi par le cholestérol, qui est distribué de manière plus ou moins homogène dans les deux couches.

Caractéristiques

La fonction de la membrane de chaque type cellulaire est étroitement liée à sa structure. Cependant, ils remplissent des fonctions de base.

Les biomembranes sont responsables de la délimitation de l'environnement cellulaire. De même, il existe des compartiments membraneux dans la cellule.

Par exemple, les mitochondries et les chloroplastes sont entourés de membranes et ces structures sont impliquées dans les réactions biochimiques qui se produisent dans ces organites.

Les membranes régulent le passage des matériaux dans la cellule. Grâce à cette barrière, les matériaux nécessaires peuvent entrer, de manière passive ou active (avec le besoin d'ATP). De plus, les matières indésirables ou toxiques ne pénètrent pas.

Les membranes maintiennent la composition ionique de la cellule à des niveaux adéquats, grâce aux processus d'osmose et de diffusion. L'eau peut s'écouler librement en fonction de son gradient de concentration. Les sels et métabolites possèdent des transporteurs spécifiques et régulent également le pH cellulaire.

Grâce à la présence de protéines et de canaux à la surface de la membrane, les cellules voisines peuvent interagir et échanger des matériaux. De cette manière, les cellules s'unissent et les tissus se forment.

Enfin, les membranes abritent un nombre important de protéines de signalisation et permettent une interaction avec des hormones, des neurotransmetteurs, entre autres.

Structure et composition

Le composant de base des membranes sont les phospholipides. Ces molécules sont amphipathiques, elles ont une zone polaire et une zone apolaire. La polaire leur permet d'interagir avec l'eau, tandis que la queue est une chaîne carbonée hydrophobe.

L'association de ces molécules se produit spontanément dans la bicouche, les queues hydrophobes interagissant les unes avec les autres et les têtes pointant vers l'extérieur.

Dans une petite cellule animale, nous trouvons un nombre incroyablement grand de lipides, de l'ordre de 10 ⁹ molécules. Les membranes ont une épaisseur d'environ 7 nm. Le noyau interne hydrophobe, dans presque toutes les membranes, occupe une épaisseur de 3 à 4 nm.

Motif mosaïque fluide

Le modèle actuel des biomembranes est connu sous le nom de «mosaïque fluide», formulé dans les années 1970 par les chercheurs Singer et Nicolson. Le modèle propose que les membranes soient constituées non seulement de lipides, mais également de glucides et de protéines. Le terme mosaïque fait référence à ce mélange.

La face de la membrane qui fait face à l'extérieur de la cellule s'appelle la face exoplasmique. En revanche, la face interne est le cytosolique.

Cette même nomenclature s'applique aux biomembranes qui composent les organites, à l'exception que la face exoplasmique dans ce cas pointe vers l'intérieur de la cellule et non vers l'extérieur.

Les lipides qui composent les membranes ne sont pas statiques. Ceux-ci ont la capacité de se déplacer, avec un certain degré de liberté dans des régions spécifiques, à travers la structure.

Les membranes sont constituées de trois types fondamentaux de lipides: les phosphoglycérides, les sphingolipides et les stéroïdes; tous sont des molécules amphipathiques. Nous décrirons chaque groupe en détail ci-dessous:

Types de lipides

Le premier groupe, constitué de phosphoglycérides, provient du glycérol-3-phosphate. La queue, de nature hydrophobe, est composée de deux chaînes d'acides gras. La longueur des chaînes est variable: elles peuvent avoir de 16 à 18 carbones. Ils peuvent avoir des liaisons simples ou doubles entre les carbones.

La sous-classification de ce groupe est donnée par le type de tête qu'ils présentent. Les phosphatidylcholines sont les plus abondantes et la tête contient de la choline. Dans d'autres types, différentes molécules telles que l'éthanolamine ou la sérine interagissent avec le groupe phosphate.

Un autre groupe de phosphoglycérides sont les plasmalogènes. La chaîne lipidique est liée au glycérol par une liaison ester; à son tour, il existe une chaîne carbonée liée au glycérol via une liaison éther. Ils sont assez abondants dans le cœur et dans le cerveau.

Les sphingolipides proviennent de la sphingosine. La sphingomyéline est un sphingolipide abondant. Les glycolipides sont constitués de têtes faites de sucres.

La troisième et dernière classe de lipides qui composent les membranes sont les stéroïdes. Ce sont des anneaux en carbone, réunis par groupes de quatre. Le cholestérol est un stéroïde présent dans les membranes et particulièrement abondant dans celles des mammifères et des bactéries.

Radeaux lipidiques

Il existe des zones spécifiques des membranes des organismes eucaryotes où le cholestérol et les sphingolipides sont concentrés. Ces domaines sont également connus sous le nom de radeaux lipidiques.

Au sein de ces régions, ils abritent également différentes protéines, dont les fonctions sont la signalisation cellulaire. On pense que les composants lipidiques modulent les composants protéiques des radeaux.

Protéines membranaires

Une série de protéines est ancrée dans la membrane plasmique. Ceux-ci peuvent être solidaires, ancrés aux lipides ou situés en périphérie.

Les intégrales traversent la membrane. Par conséquent, ils doivent avoir des domaines protéiques hydrophiles et hydrophobes afin d'interagir avec tous les composants.

Dans les protéines ancrées aux lipides, la chaîne carbonée est ancrée dans l'une des couches de la membrane. La protéine n'entre pas réellement dans la membrane.

Enfin, le périphérique n'interagit pas directement avec la zone hydrophobe de la membrane. Au contraire, ils peuvent être attachés au moyen d'une protéine intégrale ou par les têtes polaires. Ils peuvent être situés des deux côtés de la membrane.

Le pourcentage de protéines dans chaque membrane est très variable: de 20% dans les neurones à 70% dans la membrane mitochondriale, car elle a besoin d'une grande quantité d'éléments protéiques pour réaliser les réactions métaboliques qui s'y produisent.

Références

1. Kraft, ML (2013). Organisation et fonction de la membrane plasmique: dépassement des radeaux lipidiques. Biologie moléculaire de la cellule, 24 (18), 2765-2768.
2. Lodish, H. (2002). Biologie moléculaire de la cellule. 4e édition. Science de la guirlande
3. Lodish, H. (2005). Biologie cellulaire et moléculaire. Panamerican Medical Ed.
4. Lombard, J. (2014). Il était une fois les membranes cellulaires: 175 ans de recherche sur les limites cellulaires. Biologie directe, 9 (1), 32.
5. Thibodeau, GA, Patton, KT et Howard, K. (1998). La structure et la fonction. Elsevier Espagne.