5 Membranes cellulaires
I Généralités : importance et rôle biologique (fig. 5.1)
Fig. 5.1 Structure fondamentale de la cellule.
Principaux constituants de la cellule eucaryote et leur distribution.
Source : Pollard TD, Earnshaw WC. Biologie cellulaire. Coll. Campus. Elsevier ; 2004.
A Topologie cellulaire
Il est essentiel de comprendre que les membranes délimitant des compartiments, ceux-ci vont avoir une topologie bien précise.
Un compartiment cellulaire se définit par une membrane et une lumière qui est délimitée par cette membrane. Il n’y a pas de solution de continuité entre la lumière d’un compartiment membranaire et le cytosol, c’est-à-dire qu’une molécule ne peut traverser la membrane pour passer de la lumière du compartiment vers le cytosol et inversement. Toutes les molécules localisées dans le cytosol ont la même topologie. Toutes les molécules localisées dans la lumière des compartiments endomembranaires communicant par le trafic vésiculaire ont la même topologie (voir chapitre 8). Elles ont également la même topologie que les molécules du milieu extracellulaire. Les molécules du nucléoplasme ont la même topologie que celles du cytoplasme (fig. 5.2).
La membrane plasmique, en délimitant un compartiment intracellulaire et un compartiment extracellulaire, est essentielle pour maintenir un gradient de concentration entre ces deux compartiments pour certaines molécules, en particulier les ions (tableau 5.1). Le maintien de ce gradient est essentiel pour la vie de la cellule et de l’organisme.
Tableau 5.1 Concentration des principaux ions de part et d’autre de la membrane plasmique
| Ions | Concentration dans le cytosol | Concentration dans le milieu extracellulaire |
|---|---|---|
| K+ | 139 mM | 4 mM |
| Na+ | 5 à 15 mM | 145 mM |
| Cl− | 5 à 15 mM | 110 mM |
| Ca++ | 10− 4 mM | 1 à 2 mM |
Ainsi, la concentration de potassium dans le sang (kaliémie) est finement régulée. Toute variation (augmentation ou diminution) va entraîner des anomalies du rythme cardiaque pouvant conduire à la mort.
La concentration de chlore suit celle de sodium. Dans le milieu extracellulaire, les autres anions sont essentiellement les bicarbonates.
De même la concentration intracellulaire de calcium est finement régulée. En effet, le calcium intervient dans de nombreuses fonctions cellulaires : activité enzymatique, contraction musculaire, exocytose…
II Composition des membranes cellulaires
La cellule étant constituée essentiellement d’eau, les membranes sont par nature hydrophobes permettant ainsi de séparer les compartiments hydriques. La structure de base est la bicouche lipidique. Elles comportent en moyenne :
• 45 à 50 % de lipides. Ce sont les constituants « universels », retrouvés dans toutes les membranes biologiques ;
• 45 à 50 % de protéines qui confèrent à chaque cellule sa spécificité. Le rapport protéines/lipides varie suivant le type cellulaire et la fonction membranaire. Dans les érythrocytes, il est d’environ 1,3 alors que dans les cellules impliquées dans la formation de la myéline, il est de 0,23. Les membranes intracellulaires sont généralement plus riches en protéines que la membrane plasmique. Par exemple, la membrane mitochondriale interne présente 3,2 fois plus de protéines que la membrane plasmique. Ces protéines sont essentiellement les complexes de la chaîne respiratoire ;
• 5 à 10 % de glucides. Ils sont localisés sur la face extracellulaire de la membrane plasmique et confèrent à la cellule sa spécificité.
III Architecture
L’architecture de la membrane plasmique en bicouche lipidique explique sa fonction de « limite » entre les compartiments hydriques et sa spécificité par sa composition en protéines et en glucides (récepteurs, antigènes…) (fig. 5.3).
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