If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Si vous avez un filtre web, veuillez vous assurer que les domaines *. kastatic.org et *. kasandbox.org sont autorisés.

Contenu principal

La structure de la membrane plasmique

Le modèle de la mosaïque fluide de la membrane plasmique et ses composantes : les lipides, les protéines et les glucides.

Introduction

Chaque cellule de votre corps est enveloppée dans une minuscule bulle de membrane. Cette membrane a la consistance d'une...vinaigrette1. La première fois que j'ai lu cette information, je n'ai pas trouvé ça très rassurant ! La vinaigrette semble terriblement peu solide pour servir de barrière entre une cellule et le reste du monde. Heureusement, la membrane plasmique se révèle être tout à fait adaptée à son job malgré sa texture de vinaigrette.
Quel est exactement son job ? La membrane plasmique définit non seulement les bords de la cellule, mais elle permet également à la cellule d'interagir avec son environnement de manière contrôlée. Les cellules doivent pouvoir rejeter, accueillir et excréter différentes substances, toutes en quantités spécifiques. De plus, elles doivent être en mesure de communiquer avec d'autres cellules, de s'identifier et de partager des informations.
Pour remplir ces rôles, la membrane plasmique a besoin de lipides qui créent une barrière semi-perméable entre la cellule et son environnement. Elle a également besoin de protéines, qui sont elles impliquées dans le transport transmembranaire et la communication cellulaire. Enfin, elle a besoin de glucides (sucres et chaînes de sucre), qui ornent à la fois les protéines et les lipides et aident les cellules à se reconnaître mutuellement.
Ici, nous allons examiner de plus près les différents composants de la membrane plasmique, en nous intéressant à leurs rôles, leur diversité et la façon dont ils travaillent ensemble pour créer une barrière souple, sensible et sécurisée autour de la cellule.

Le modèle de la mosaïque fluide

Le modèle actuellement en vigueur pour la structure de la membrane plasmique s'appelle le modèle de la mosaïque fluide, proposé pour la première fois en 1972. Ce modèle a évolué au fil du temps mais il fournit toujours une bonne description de la structure et du comportement des membranes de nombreuses cellules.
Selon le modèle de la mosaïque fluide, la membrane plasmique est une mosaïque de composants — principalement des phospholipides, du cholestérol et des protéines - qui se déplacent librement et avec fluidité au sein de la membrane. En d'autres termes, un schéma de la membrane (comme celui ci-dessous) n'est qu'un aperçu d'un processus dynamique dans lequel les phospholipides et les protéines se déplacent continuellement les uns à côté des autres.
Fait intéressant, cette fluidité signifie que si vous insérez une très fine aiguille dans une cellule, la membrane s'espacera simplement pour se déplacer autour de l'aiguille. Une fois que l'on enlève l'aiguille, la membrane se remettra en place de façon homogène.
Image de la membrane plasmique, montrant la double couche de phospholipides avec des protéines membranaires périphériques et intégrales, des glycoprotéines (protéines avec des glucides attachés), des glycolipides (lipides avec des glucides attachés) et des molécules de cholestérol.
Image modifiée à partir de OpenStax Biology.
Les composants principaux de la membrane plasmique sont les lipides (les phospholipides et le cholestérol), les protéines et les groupes de glucides qui sont eux attachés à certains lipides et protéines.
  • Un phospholipide est un lipide composé de glycérol, de deux queues d'acide gras et d'une tête avec un groupement phosphate. Les membranes biologiques présentent généralement deux couches de phospholipides avec leurs queues pointant vers l'intérieur, un ensemble que l'on appelle double couche lipidique ou bicouche de phospholipides.
  • Le cholestérol est un autre lipide, composé de quatre cycles carbonés. On le trouve aux côtés des phospholipides dans le cœur de la membrane.
  • Les protéines des membranes peuvent s’étendre jusque dans la membrane plasmique, traverser la membrane entièrement, ou être librement fixées à son côté intérieur ou extérieur.
  • Les groupes glucidiques ne sont présents que sur la surface extérieure de la membrane plasmique, et sont soit attachés à des protéines, ce qui forme des glycoprotéines, soit attachés à des lipides, ce qui forme des glycolipides.
Les proportions de protéines, de lipides et de glucides dans la membrane plasmique varient en fonction des différents types de cellules. Pour une cellule humaine classique, les protéines représentent environ 50 % de la composition de masse, les lipides (de tous types) représentent environ 40 %, et les 10 % restants proviennent des glucides.

Les phospholipides

Les phospholipides, disposés en double couche, constituent le tissu de base de la membrane plasmique. Ils sont bien adaptés à ce rôle parce qu'ils sont amphipathiques, ce qui signifie qu'ils ont un côté hydrophile et un côté hydrophobe.
Structure chimique d'un phospholipide, montrant la tête hydrophile et les queues hydrophobes.
Image modifiée à partir de OpenStax Biology.
La partie hydrophile, ou “qui aime l’eau,” est la tête du phospholipide. Elle contient un groupe phosphate chargé négativement ainsi qu'un petit groupe supplémentaire (d'identité variable, notée « R » dans le schéma), qui peut également être soit chargé soit polaire. Les têtes hydrophiles des phospholipides dans une membrane double couche sont orientées vers l'extérieur. Elles sont en contact avec le fluide aqueux (eau) à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Puisque l'eau est une molécule polaire, elle peut facilement avoir des interactions électrostatiques (basées sur la charge) avec les têtes phospholipides.
La partie hydrophobe, ou “ayant peur de l’eau,” du phospholipide se compose de ses longues queues d’acides gras non polaires. Les queues d'acide gras peuvent facilement interagir avec d'autres molécules non polaires, mais elles interagissent mal avec l'eau. C’est pourquoi il est plus favorable d'un point de vue énergétique pour les phospholipides de positionner leurs queues d’acide gras à l’intérieur de la membrane, où elles sont protégées de l'eau qui les entoure. La double couche de phospholipide formée par ces interactions est une bonne barrière entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule parce que l'eau et les autres substances polaires ou chargées ne peuvent pas facilement traverser le noyau hydrophobe de la membrane.
Image d'une micelle et d'un liposome.
Crédit Image : modification du travail par OpenStax Biology, original par Mariana Ruiz Villareal.
Grâce à leur nature amphipathique, les phospholipides ne sont pas uniquement bien adaptés pour former une membrane bicouche. En fait, c’est quelque chose qu’ils font spontanément s'ils se trouvent dans les bonnes conditions ! Dans l’eau ou dans une solution aqueuse, les phospholipides tendent à s'agencer avec leurs queues hydrophobes se faisant face, et leurs têtes hydrophiles qui regardent vers l'extérieur. Si les phospholipides ont de petites queues, ils peuvent former une micelle (une petite sphère à une seule couche), alors que s'ils ont des queues plus volumineuses, ils peuvent former un liposome (une gouttelette creuse de membrane bicouche)2.

Les protéines

Les protéines sont le deuxième composant principal des membranes plasmiques. Il existe deux catégories principales de protéines membranaires : les intégrales et les périphériques.
Image d'une protéine transmembranaire à passage unique, avec une seule hélice alpha transmembranaire, et une protéine à trois passages avec trois hélices alpha transmembranaires.
Crédit Image : image modifiée par OpenStax Biology, original par Foobar/Wikimedia Commons.
Les protéines intégrales de membrane sont, comme leur nom l'indique, intégrées dans la membrane : elles ont au moins une zone hydrophobe qui les ancre au cœur hydrophobe de la double couche lipidique. Certaines ne s'attachent que partiellement à la membrane, tandis que d'autres s'étirent d'un côté à l'autre et sont alors exposées de chaque côté1. Les protéines qui s'étendent à travers toute la membrane sont appelées protéines transmembranaires.
Les parties d'une protéine membranaire intégrale, à l'intérieur de la membrane, sont hydrophobes, tandis que celles exposées au cytoplasme ou au fluide extracellulaire ont tendance à être hydrophiles. Les protéines transmembranaires peuvent traverser la membrane une seule fois ou peuvent avoir jusqu'à douze sections différentes dans la membrane. Un segment transmembranaire classique est constitué de 20 à 25 acides aminés hydrophobes disposés dans une hélice alpha, bien que toutes les protéines transmembranaires ne respectent pas exactement ce modèle. Certaines protéines membranaires intégrales forment un canal qui permet aux ions ou à d'autres petites molécules de passer, comme représenté ci-dessous.
Crédit _Image : "Composantes et structure : Figure 1," par OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._
Les protéines membranaires périphériques se trouvent à l'extérieur et à l'intérieur des surfaces des membranes, soit sur les protéines intégrales, soit sur les phospholipides. Contrairement aux protéines intégrales, les protéines périphériques ne s'accrochent pas dans le cœur hydrophobe de la membrane et elles ont tendance à être attachées plus librement.

Les glucides

Les glucides sont le troisième composant principal des membranes plasmiques. En général, ils se trouvent à la surface extérieure des cellules et sont liés soit à des protéines (formant des glycoprotéines) soit à des lipides (formant des glycolipides). Ces chaînes de glucides peuvent être composées de 2 à 60 unités monosaccharides et peuvent être droites ou ramifiées.
Avec les protéines membranaires, ces glucides constituent des marqueurs cellulaires distinctifs, comme des badges d’identité moléculaires qui permettent aux cellules de se reconnaître mutuellement. Ces marqueurs sont très importants dans le système immunitaire. Ils permettent aux cellules immunitaires de différencier les cellules du corps qu’elles ne devraient pas attaquer, des cellules ou tissus étrangers, qu'elles devraient attaquer.

La fluidité de la membrane

La structure des queues d'acide gras des phospholipides est importante pour déterminer les propriétés de la membrane, et en particulier son degré de fluidité.
Les acides gras saturés n'ont pas de double liaison (ils sont saturés en hydrogène). Ils sont donc relativement droits. Les acides gras insaturés contiennent par contre une ou plusieurs liaisons doubles, ce qui entraîne souvent une courbure ou un nœud. (Vous pouvez voir un exemple de queue courbée et insaturée dans le schéma représentant la formule chimique du phospholipide et qui apparaît plus haut dans cet article.) Les queues d'acides gras saturés et insaturés des phospholipides se comportent différemment lorsque la température baisse :
  • À des températures plus basses, les queues droites d'acides gras saturés peuvent s'agglutiner étroitement, formant ainsi une membrane dense et assez rigide.
  • Les phospholipides avec des queues d'acides gras insaturés ne peuvent pas s'agglutiner de façon si étroite à cause de la courbure de leurs queues. Pour cette raison, les membranes qui contiennent des phospholipides insaturés resteront fluides à des températures plus basses que les membranes composées de phospholipides saturés.
La plupart des membranes cellulaires contiennent un mélange de phospholipides, certains ont deux queues saturées (droite) et d'autres ont une queue saturée et une queue insaturée (pliée). De nombreux organismes – les poissons par exemple – peuvent s’adapter physiologiquement aux environnements froids en modifiant la proportion d’acides gras insaturés de leurs membranes. Pour plus d'informations sur les acides gras saturés et insaturés, consultez l'article sur les lipides.
En plus des phospholipides, les animaux présentent un composant supplémentaire dans leur membrane qui aide à maintenir la fluidité. Le cholestérol est un autre type de lipide qui est intégré aux phospholipides de la membrane. Il aide à minimiser les effets de la température sur la fluidité.
Crédit Image : "Cholesterol," par BorisTM (domaine public).
À basse température, le cholestérol augmente la fluidité en empêchant les phospholipides de se coller les uns aux autres, alors qu'à haute température, il réduit en fait la fluidité3,4. De cette façon, le cholestérol élargit la gamme de températures à laquelle la membrane maintient une fluidité saine et fonctionnelle.

Les composants de la membrane plasmique

ComposantEmplacement
PhospholipidesÉlément principal de la membrane
CholestérolNiché entre les queues hydrophobes des membranes de phospholipides
Protéines intégralesIncorporées dans la bicouche lipidique ; peuvent ou non s'étendre à travers les deux couches
Protéines périphériquesSur la surface intérieure ou extérieure de la bicouche lipidique, mais pas intégrées à son cœur hydrophobe
GlucidesAttachés à des protéines ou des lipides du côté extracellulaire de la membrane (formation de glycoprotéines et glycolipides).
Image modifiée par OpenStax Biology.

Vous souhaitez rejoindre la discussion ?

Pas encore de posts.
Vous comprenez l'anglais ? Cliquez ici pour participer à d'autres discussions sur Khan Academy en anglais.