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Membrane plasmique et cytoplasme

Structure et fonction de la membrane plasmique et du cytoplasme des cellules. Bicouche phospholipidique et microvillosités.

Introduction

Qu'est-ce qu'une cellule ? On peut considérer en quelque sorte que c'est un sac de gelée. La membrane plasmique — la limite extérieure de la cellule — est le sac, et le cytoplasme est la gelée.
Bien sûr, une cellule est beaucoup plus qu’un sac de gelée. C’est une unité complexe, très bien organisée, l'élément de base de construction de tous les êtres vivants. En fait, la membrane plasmique et le cytoplasme sont assez sophistiqués.
La membrane est une structure fragile, en double couche de lipides et de protéines, qui contrôle l'entrée et la sortie de substances dans la cellule. De la même façon, le cytoplasme des cellules eucaryotes est constitué non seulement de cytosol (une substance qui ressemble à un gel contenant de l'eau, des ions et des macromolécules), mais aussi d'organites et de protéines du cytosquelette, ou "squelette de la cellule".
Dans cet article, on va examiner la membrane plasmique et le cytoplasme.

La membrane plasmique

Toutes les cellules, procaryotes et eucaryotes, ont une membrane plasmique, à savoir une double couche de lipides qui sépare le compartiment intérieur de la cellule de l'environnement extérieur. Cette double couche est constituée majoritairement de lipides spécialisés appelés phospholipides.
Un phospholipide est constitué d'une tête de phosphate hydrophile (qui aime l'eau), accompagnée de deux queues d'acides gras hydrophobes (qui craignent l'eau). Les phospholipides se disposent spontanément en structure à double couche, leurs queues hydrophobes pointant vers l'intérieur et leurs têtes hydrophiles faisant face à l'extérieur. Cette structure en double couche est énergétiquement stable, on l'appelle bicouche phospholipidique et on la retrouve dans beaucoup de membranes biologiques.
Comme on voit ci-dessous, les protéines sont aussi un composant important de la membrane plasmique. Certaines traversent la membrane et jouent le rôle de canaux ou de récepteurs de signaux cellulaires, alors que d'autres sont simplement attachées en bordure de membrane. On trouve aussi différents types de lipides constituant la membrane, comme le cholestérol, qui impactent la fluidité de la membrane plasmique.
Un dessin de la membrane plasmique qui montre la bicouche phospholipidique, les protéines enchâssées et les molécules de cholestérol. La membrane sépare l'espace extracellulaire, à l'extérieur de la cellule, du cytosol, à l'intérieur de la cellule.
Crédit image : modifié à partir de OpenStax Biology
La membrane plasmique est la frontière entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. En tant que telle, elle contrôle le passage de différentes molécules (parmi lesquels des sucres, des acides aminés, des ions et de l'eau) de l'intérieur vers l'extérieur de la cellule et vice-versa. La facilité plus ou moins grande avec laquelle ces molécules traversent la membrane dépend de leur taille et de leur polarité. Certaines molécules, petites et non polaires, telles que l'oxygène, passent directement à travers la portion phospholipidique de la membrane. D'autres molécules, plus grandes, hydrophiles et plus polaires, comme les acides aminés, doivent traverser la membrane par le biais de protéines-canaux, un dispositif le plus souvent contrôlé par la cellule. On peut en apprendre plus sur le transport cellulaire dans la section membranes et transport.
La surface de la membrane plasmique limite les échanges entre la cellule et son environnement. Certaines cellules sont spécialisées dans l'échange de déchets ou de nutriments et ont des modifications pour accroître la surface de la membrane plasmique. Par exemple, les membranes de certaines cellules absorbant des nutriments sont repliées en projections semblables à des doigts, appelées microvillosités. Les cellules avec microvillosités recouvrent la surface interne du petit intestin, l'organe qui absorbe les nutriments à partir du bol alimentaire digéré. Les microvillosités aident les cellules intestinales à maximiser l'absorption des nutriments à partir de l'alimentation en augmentant la surface de la membrane plasmique.
Schéma et micrographie de cellules intestinales, montrant les protubérances en forme de doigts de la membrane plasmique (appelées microvillosités) qui sont en contact avec le fluide digestif à l'intérieur de l'intestin grêle.
Crédit photo : OpenStax Biology. La micrographie est une modification du travail de Louisa Howard.

Le cytoplasme

La partie de la cellule que l'on appelle cytoplasme est légèrement différente chez les eucaryotes et chez les procaryotes. Dans les cellules eucaryotes qui ont un noyau, le cytoplasme englobe tout ce qui se trouve entre la membrane plasmique et l'enveloppe nucléaire. Alors que chez les procaryotes, dépourvus de noyaux, le cytoplasme englobe tout ce qui se trouve à l'intérieur de la membrane plasmique.
Un des constituants essentiels du cytoplasme chez les procaryotes et les eucaryotes est le cytosol, une gelée à base d'eau constituée d'ions, de petites molécules et de macromolécules. Chez les eucaryotes, le cytoplasme renferme aussi des organites membranaires en suspension dans le cytosol. Le cytosquelette, un réseau de fibres qui donne sa forme à la cellule, fait aussi partie du cytoplasme et permet l'organisation des différents composants cellulaires.
Bien que composé majoritairement d'eau, le cytosol a une consistance semi-solide semblable à de la gelée en raison des nombreuses protéines en suspension à l'intérieur. Le cytosol est constitué d'un riche bouillon de macromolécules et de molécules organiques plus petites, tel que le glucose et d'autres sucres simples, des polysaccharides, des acides aminés et des acides gras. On y trouve aussi des ions sodium, potassium, calcium et d'autres éléments. Beaucoup de réactions métaboliques, dont la synthèse des protéines, ont lieu dans cette partie de la cellule.

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