Leçons de niveau 15

Membranes cellulaires

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Les cellules eucaryotes contiennent deux types de membranes: la membrane plasmique qui est l'interface entre la cellule et son environnement, et des membranes internes aussi appelées endomembranes qui limitent les compartiments (noyau, réticulum endoplasmique, appareil de Golgi,…).

Composition et organisation des membranes cellulaires[modifier | modifier le wikicode]

Les membranes cellulaires, des mozaïques[modifier | modifier le wikicode]

Une membrane cellulaire est une mosaïque constituée d'une bicouche lipidique formée de deux feuillets de lipides (ce qui représente 50% de la masse de la membrane) et de protéines. La bicouche lipidique est principalement constituée de phospholipides (ainsi que du cholestérol dans les cellules animales) et des des glycolipides (5%) uniquement dans la membrane plasmique au niveau du feuillet extracellulaire. Le feuillet externe peut également être composé de glicoprotéines. Les membranes ont des compositions variables de lipides et de protéines selon leur fonction. Par exemple, les cellules de Schwann de la gaine de myéline sont composées seulement de 25% de protéines tandis que la membrane interne des mitochondries est composée à 75% de protéines qui constituent la chaîne de transport d'électron lors de la respiration cellulaire et la synthèse d'ATP. Toutes les molécules constituants les membranes sont amphiphiles, elles s’assemblent entre elles principalement par effet hydrophobe entre les chaînes carbonées des phospholipides, le noyau stérol et la chaîne carbonée du cholestérol et les radicaux apolaires des protéines. La membrane établie des liaisons H avec chacun des milieux aqueux qu’elle sépare grâce aux têtes hydrophiles des phospholipides et des cholestérols et des radicaux polaires des protéines. Les phospholipides sont synthétisés dans le REL, les protéines membranaires dans le REG et les glycanes sont ajoutés aux lipides et aux protéines au niveau du REG et du Golgi.

Les différents types de localisation des protéines membranaires[modifier | modifier le wikicode]

Les protéines membranaires peuvent être intrinsèques c'est-à-dire une partie se situe à l’intérieur de la membrane. Elle peut être transmembranaire c'est-à-dire qui traverse au moins une fois la membrane. Ces protéines possèdent des domaines membranaires hydrophobes constitués d’acides aminés à radicaux hydrophobes. Le plus souvent, ces domaines sont des hélices α ou des feuillets β parfois. Les protéines membranaires peuvent être extrinsèques c'est-à-dire localisées en dehors de membranes mais reliées à la membrane par des liaisons ioniques soit à des phospholipides soit à des protéines intrinsèques. Les protéines membranaires peuvent être des protéines ancrées, situées en dehors de la membrane mais reliées par liaison covalente à un lipide membranaire mais cela n'existe que dans la membrane plasmique.

La diversité des membranes cellulaires[modifier | modifier le wikicode]

La membrane plasmique se distingue des endomembranes par sa composition car elle est plus riche en cholestérol mais également car c'est la seule contenant des glycolipides et des glycoprotéines. La membrane interne des mitochondries et la membrane des thylakoïdes des chloroplastes ne contiennent pas du tout de cholestérol mais un autre lipide: la cardiolipine. Ce lipide se retrouve dans la membrane plasmique des bactéries ce qui fournit un argument à la théorie endosymbiotique. En outre, les deux feuillets de la membrane plasmique ne sont pas identiques: les glycanes ne se trouvent que sur le feuillet externe de la membrane et les phospholipides dont la tête polaire est chargée négativement se trouvent exclusivement dans le feuillet interne de la membrane ce qui permet des liaisons ioniques avec les protéines extrinsèques à radicaux chargés positivement.

Les propriétés des membranes cellulaires[modifier | modifier le wikicode]

La fluidité des membranes[modifier | modifier le wikicode]

L’expérience de l’hétérocaryon a permis de montrer que les protéines membranaires de la membrane plasmique peuvent se déplacer passivement dans cette membrane. La vitesse de déplacement des protéines a pu être mesurée de 10-12cm2/s. Le déplacement de certaines protéines membranaires est limité soit car sont accrochées à des éléments fixes intra ou extracellulaires soit car il existe des barrières entre différentes zones de la membrane plasmique d’une cellule. Les phospholipides peuvent aussi se déplacer dans la membrane plasmique. Dans les membranes du REL et la membrane plasmique il existe des flippases : ce sont des protéines transmembranaires qui font passer les phospholipides d’un côté à l’autre de la membrane en consommant de l’énergie fournie par l’hydrolyse de l’ATP. Cela permet de passer les phospholipides fabriqués dans le feuillet cytoplasmique du REL vers le feuillet interne du REL. Et cela permet de remettre dans le feuillet interne de la membrane plasmique les phospholipides chargés – qui seraient passés dans le feuillet externe par flip flop. Toutes les membranes cellulaires sont donc fluides. Le déplacement des protéines et des lipides est permis par la rupture et la reformation immédiate des interactions de Van der Waals entre les parties hydrophobes des différents constituants de manière passive c'est-à-dire juste due à l’agitation thermique. La fluidité des membranes dépend : de la température, de la longueur des acides gras des phospholipides, du degré d'insaturation des acides gras des phospholipides et de la teneur en cholestérol. La fluidité des membranes permet le déplacement des protéines dans une membrane, la formation de vésicules, la fusion de plusieurs membranes et la division cellulaire. Il existe des radeaux lipidiques qui sont des zones rigides qui se déplacent en bloc dans la membrane fluide. Ils sont constitués de phospholipides avec des acides gras longs et saturés et de beaucoup de cholestérol donc beaucoup d’interactions de Van der Waals. Ils contiennent des récepteurs à des hormones qui sont donc regroupées.

Une perméabilité sélective[modifier | modifier le wikicode]

La bicouche lipidique étant hydrophobe au centre elle ne permet de faire passer que les molécules hydrophobes et des petites molécules polaires non chargées. Elle est imperméable aux ions et aux grosses molécules polaires non chargées. Certaines protéines membranaires permettent le passage de molécules à travers la membrane de manière plus ou moins sélective. Grâce aux membranes, les différents compartiments de la cellule peuvent donc avoir des compositions différentes donc des fonctions différentes.