Vidéo: Membrane cellulaire

Mais pourquoi donc les châteaux avaient-ils des remparts ? Pour se protéger, bien évidemment. Mais pas que ! Les portes contrôlaient ce que les marchands importaient et exportaient de la ville, les murailles servaient de plateformes pour l’échange de messages, et les fanions sur les murs permettaient de savoir si le souverain était ami ou ennemi. Vous vous demandez ce que tout cela a à voir avec un cours de physiologie ?

Parlons de la membrane cellulaire.

La membrane cellulaire, communément appelée membrane plasmique, est une structure fine et flexible qui entoure la cellule et en définit les limites. Elle sépare le cytosol à l’intérieur de la cellule du fluide extracellulaire en dehors de celle-ci.

La structure de la membrane cellulaire est décrite par le modèle de la mosaïque fluide. Mosaïque parce que la membrane cellulaire a l’air d’un océan de lipides où sont dispersés des protéines et des glucides ; fluide, parce que la plupart des molécules de la membrane cellulaire ne sont pas fixes, mais se déplacent continuellement d’un endroit à l’autre de la membrane, de façon à se positionner où la cellule en a besoin, quand elle en a besoin.

Généralement, les protéines constituent environ 50 pourcents de la masse de la membrane cellulaire. Les lipides, quant à eux, en représentent plus ou moins 45 pourcents, et les glucides moins de 5 pourcents. Attention cependant : ces proportions changent de façon importante suivant la fonction de la cellule.

Les lipides, les protéines et les glucides jouent des rôles différents au sein de la membrane cellulaire. Observons la structure et la fonction de chacun d’entre eux, en commençant par les lipides.

Les phospholipides sont les lipides les plus communs dans la membrane cellulaire. Ces molécules sont constituées d’une tête faite d’un groupe phosphate polaire et de deux queues composées chacune d’une chaîne d’acides gras apolaires. La tête des phospholipides est donc hydrophile, c’est à dire attirée par l’eau, alors que les queues d’acides gras sont hydrophobes et ainsi repoussent les molécules d’eau.

Puisqu’ils ont à la fois une région hydrophile et une région hydrophobe, les phospholipides sont dits “amphiphiles”. Cette caractéristique clé des phospholipides peut d’ailleurs nous aider à comprendre le fonctionnement de la membrane cellulaire.

La tête des phospholipides, étant hydrophile, s'oriente tout naturellement vers l'eau. Puisque les cellules baignent dans un liquide extracellulaire acqueux, la face externe de la membrane cellulaire est entièrement constituée de têtes phospholipidiques. Néanmoins, le liquide intracellulaire contient également de l'eau : c'est la raison pour laquelle les phospholipides s'organisent en deux couches adjacentes, formant ce que l’on appelle une bicouche phospholipidique.

Au sein de cette bicouche, les têtes hydrophiles sont orientées vers l'extérieur, soit vers le liquide intracellulaire, soit vers le fluide extracellulaire, afin d'être au plus près de leur eau bien aimée. À l'inverse, les queues hydrophobes se replient au cœur de la membrane cellulaire, évitant ainsi l’eau qu’elles détestent tant.

Cette couche hydrophobe interne confère également à la membrane cellulaire son caractère de barrière sélectivement perméable. Ainsi, certaines molécules peuvent la traverser librement, tandis que d'autres ne le peuvent pas.

Parmi les substances qui peuvent traverser librement la membrane cellulaire, on trouve de petites molécules apolaires comme le dioxygène et le dioxyde de carbone, de petites molécules polaires comme l'eau, suffisamment petites pour se glisser entre les phospholipides, et d'autres molécules hydrophobes comme les hormones stéroïdes. En revanche, les substances fortement chargées comme les ions, ou les molécules de grande taille comme les sucres et les protéines, ne peuvent pas traverser la membrane librement.

Un autre lipide important que l’on retrouve dans la membrane cellulaire est le cholestérol. Cette molécule se loge entre les phospholipides et régule la fluidité et la flexibilité de la membrane. C’est un processus essentiel pour maintenir des propriétés physiques optimales dans toutes conditions, notamment en cas de variations de température.

Voilà pour les fonctions principales des lipides. Passons maintenant aux protéines.

Les protéines de la membrane cellulaire sont classées en deux catégories : les protéines intégrales et les protéines périphériques. Les protéines intégrales traversent généralement toute la membrane et sont en contact avec les milieux intracellulaire et extracellulaire. Les protéines périphériques, elles, s’attachent à des protéines intégrales ou à des phospholipides, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur de la membrane.

Vous vous souvenez quand on disait que le membrane bloque certaines substances ? Eh bien, certaines de ces substances peuvent être transportées à travers la membrane par des protéines intégrales telles que des canaux ou des transporteurs. C’est ainsi que la cellule contrôle précisément la concentration ionique de son cytosol, par exemple.

Puisque les ions sont chargés électriquement, contrôler les flux d’ions vers l’intérieur ou vers l’extérieur de la cellule leur permet de réguler la différence de charge entre les deux côtés de la membrane. C’est un processus très important, notamment pour les fonctions nerveuses.

Certaines protéines intégrales peuvent également servir de récepteurs. En se liant à des substances chimiques spécifiques appelées ligands, ces récepteurs initient des voies de signalisation intracellulaires qui activent des processus cellulaires spécifiques. Les récepteurs permettent la réception de messagers chimiques : c'est l’une des méthodes que les cellules utilisent pour communiquer.

Il existe de nombreuses autres protéines intégrales et périphériques. Citons notamment les enzymes, qui dissocient où assemblent des molécules pour accélerer certains processus métaboliques, les protéines structurales, qui ancrent la membrane cellulaire au cytosquelette pour maintenir la forme de la cellule, ou encore les protéines d’adhésion cellulaire qui maintiennent les cellules accrochées entre elles dans les tissus et limitent le passage de substances. Certaines sources considèrent d’ailleurs que les protéines d’adhésion sont un type de protéines structurales.

Bien, maintenant que nous avons vu les protéines, passons au dernier groupe : les glucides.

Les glucides se lient aux protéines pour former des glycoprotéines et aux lipides pour former des glycolipides. Ces glucides dépassent de la surface de la cellule et forment une sorte de revêtement appelé glycocalyx, qui contribue à de nombreuses fonctions déjà évoquées. Sa fonction principale, néanmoins, est d'aider les cellules à se reconnaître entre elles. C’est une structure cruciale lors des réponses immunitaires, où notre système immunitaire doit différencier nos propres cellules de celles des organismes envahisseurs.

Alors, maintenant que ce tutoriel est fini, vous voyez en quoi la membrane fait fonctionner nos cellules comme de minuscules châteaux ?

Continuez à explorer la physiologie de la membrane cellulaire avec nos quiz et schémas dédiés. A bientôt, et bonnes révisions !