QUEL EST LE MODÈLE DE LA MOSAÏQUE FLUIDE? - LA BIOLOGIE - 2025

Le modèle de la mosaïque fluide déclare que les membranes cellulaires ou biomembranes sont des structures dynamiques qui présentent la fluidité de leurs différents composants moléculaires, qui peuvent se déplacer latéralement. Autrement dit, ces composants sont en mouvement et non statiques, comme on le croyait auparavant.

Ce modèle a été élevé par S. Jonathan Singer et Garth. L. Nicolson en 1972 et aujourd'hui est largement accepté par la communauté scientifique. Toutes les cellules sont contenues dans une membrane cellulaire avec des particularités dans sa constitution et sa fonction.

Figure 1. Schéma du modèle de mosaïque fluide. Source: Par LadyofHats Mariana Ruiz, traduction Pilar Saenz, via Wikimedia Commons

Cette membrane définit les limites de la cellule, permettant l'existence de différences entre le cytosol (ou l'intérieur de la cellule) et l'environnement extérieur. De plus, il régule les échanges de substances entre la cellule et l'extérieur.

Dans les cellules eucaryotes, les membranes internes définissent également des compartiments et des organites aux fonctions différentes, telles que les mitochondries, les chloroplastes, l'enveloppe nucléaire, le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, entre autres.

Structure de la membrane cellulaire

Généralités

La membrane cellulaire est constituée d'une structure imperméable aux molécules hydrosolubles et aux ions de 7 à 9 nanomètres d'épaisseur. Il est observé dans les microphotographies électroniques sous la forme d'une double ligne continue et mince qui entoure le cytoplasme cellulaire.

La membrane est composée d'une bicouche phospholipidique, avec des protéines intégrées dans toute sa structure et disposées à la surface.

En outre, il contient des molécules de glucides sur les deux surfaces (interne et externe) et dans le cas des cellules animales eucaryotes, il a également des molécules de cholestérol intercalées à l'intérieur de la bicouche.

Bicouche phospholipidique

Les phospholipides sont des molécules amphipathiques qui ont une extrémité hydrophile -une extrémité à l'eau- et une autre hydrophobe -qui repousse l'eau-.

La bicouche phospholipidique qui constitue la membrane cellulaire a des chaînes hydrophobes (apolaires) disposées vers l'intérieur de la membrane et des extrémités hydrophiles (polaires) situées vers l'environnement extérieur.

Ainsi, les têtes des groupements phosphate des phospholipides sont exposées sur la surface externe de la membrane.

N'oubliez pas que l'environnement externe et interne ou le cytosol sont aqueux. Cela influence la disposition de la double couche de phospholipides avec ses parties polaires interagissant avec l'eau et ses parties hydrophobes formant la matrice interne de la membrane.

Cholestérol

Dans la membrane des cellules animales eucaryotes, des molécules de cholestérol se trouvent noyées dans les queues hydrophobes des phospholipides.

Ces molécules ne se trouvent pas dans les membranes des cellules procaryotes, de certains protistes, plantes et champignons.

Protéines membranaires ou transmembranaires intégrales

Des protéines membranaires intégrales sont intercalées dans la bicouche phospholipidique.

Ceux-ci interagissent de manière non covalente par leurs parties hydrophobes, avec la bicouche lipidique, en localisant leurs extrémités hydrophiles vers le milieu aqueux externe.

Configuration des protéines membranaires

Ils peuvent avoir une configuration en forme de tige simple, avec une hélice alpha hydrophobe pliée noyée à l'intérieur de la membrane, et avec des parties hydrophiles s'étendant sur les côtés.

Ils peuvent également présenter une configuration plus large, de type globulaire et avec une structure tertiaire ou quaternaire complexe.

Ces derniers traversent généralement la membrane cellulaire plusieurs fois avec leurs segments d'hélices alpha répétées disposés en zigzag à travers la bicouche lipidique.

Pores dans les membranes

Certaines de ces protéines globulaires présentent des portions intérieures hydrophiles, formant des canaux ou des pores à travers lesquels l'échange de substances polaires se produit de l'extérieur de la cellule vers le cytosol et vice versa.

Protéines périphériques

A la surface de la face cytoplasmique de la membrane cellulaire, se trouvent des protéines membranaires périphériques, liées aux parties saillantes de certaines protéines intégrales.

Ces protéines ne pénètrent pas dans le cœur hydrophobe de la bicouche lipidique.

Couverture glucidique

Il y a des molécules de glucides sur les deux surfaces de la membrane.

En particulier, la surface externe de la membrane présente une abondance de glycolipides. De courtes chaînes d'hydrates de carbone sont également vues exposées et attachées de manière covalente à des parties protéiques saillantes, appelées glycoprotéines.

Fluidité de la membrane cellulaire

Ratio acides gras saturés / insaturés

La fluidité de la membrane dépend principalement du rapport des phospholipides d'acides gras saturés et insaturés présents. Cette fluidité de la membrane diminue à mesure que la proportion de phospholipides de chaîne d'acides gras saturés augmente par rapport aux insaturés.

Ceci est dû au fait que la cohésion entre les chaînes longues et simples d'acides gras saturés est plus importante, par rapport à la cohésion entre les chaînes courtes et insaturées d'acides gras insaturés.

Plus la cohésion entre ses composants moléculaires est grande, moins la membrane présentera de fluide.

Cholestérol

Les molécules de cholestérol interagissent à travers leurs anneaux rigides avec les chaînes hydrocarbonées des lipides, augmentant la rigidité de la membrane et diminuant la perméabilité de celle-ci.

Dans les membranes de la plupart des cellules eucaryotes, où la concentration de cholestérol est relativement élevée, il empêche les chaînes carbonées de se lier à basse température. Ceci permet la congélation de la membrane à basse température.

Particularités

Les différents types de membranes cellulaires présentent des particularités dans leur quantité et type de protéines et de glucides, ainsi que dans la variété des lipides existants.

Ces particularités sont associées à des fonctions cellulaires spécifiques.

Il existe non seulement des différences constitutives entre les membranes des cellules eucaryotes et procaryotes, et entre celles des organites, mais également entre les régions d'une même membrane.

Fonction de la membrane cellulaire

Généralités

La membrane cellulaire délimite la cellule et lui permet de maintenir un état stable dans le cytosol, différent de celui du milieu extérieur. Ceci, grâce à la régulation active et passive du passage des substances (eau, ions et métabolites) les unes par rapport aux autres, en maintenant le potentiel électrochimique nécessaire au fonctionnement cellulaire.

Il permet également à la cellule de répondre aux signaux de l'environnement externe via des récepteurs chimiques sur la membrane et fournit des sites d'ancrage pour les filaments du cytosquelette.

Dans le cas des cellules eucaryotes, il participe également à la mise en place de compartiments internes et d'organites aux fonctions métaboliques spécifiques.

Fonction des protéines dans la membrane

Il existe différentes protéines membranaires aux fonctions spécifiques, parmi lesquelles on peut citer:

• Enzymes qui catalysent (accélèrent) les réactions chimiques,
• Récepteurs membranaires impliqués dans la reconnaissance et la liaison des molécules de signalisation (telles que les hormones),
• Les protéines de transport de substance à travers la membrane (vers le cytosol et de celui-ci vers l'extérieur de la cellule). Ceux-ci maintiennent un gradient électrochimique grâce au transport d'ions.

Fonction de la coque externe en glucides

Les glucides ou glycolipides participent à l'adhésion des cellules les unes aux autres et au processus de reconnaissance et d'interaction de la membrane cellulaire avec des molécules telles que les anticorps, les hormones et les virus.

Références

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA et Wiedemann, CG (2003). Biologie cellulaire, un cours de courte durée. Deuxième édition. Wiley-Liss, p. 535.
2. Engelman, D. (2005). Les membranes sont plus mosaïques que fluides. Nature 438 (7068), 578-580. doi: 10.1038 / nature04394
3. Nicolson, GL (2014). Le modèle fluide-mosaïque de la structure de la membrane. Toujours pertinent pour comprendre la structure, la fonction et la dynamique des membranes biologiques après plus de 40 ans. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). La biologie. Sixième édition. MGH. pp 1239.
5. Singer, SJ et Nicolson, GL (1972). Le modèle de mosaïque fluide de la structure des membranes cellulaires. Science, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / science.175.4023.720