1. Structure et composition chimique

a) Les lipides de la membrane plasmique:

La membrane est constituée d’une charpente organisée en bicouche lipidique.

Les lipides sont des molécules amphiphiles : elles possèdent une tête hydrophile (en blanc) pointant vers l’extérieur de la membrane et une queue hydrophobe (en orangé), tournée vers l’intérieur.

Les phospholipides

Les phospholipides représentent 50 à 60% de la membrane. Leur tête hydrophile est constituée d’un groupement phosphate associé au glycérol. Cette tête est reliée à une queue hydrophobe composée de deux acides gras qui peuvent être saturés ou insaturés (avec double liaison).

Plus il y a d’acides gras saturés, plus la membrane est fluide.

Le cholestérol 

Le cholestérol est également une molécule amphiphile, retrouvée seulement dans les membranes des cellules animales. Chez les végétaux, c’est l’ergostérol qui occupe sa place.

Dans une membrane, plus il y a de cholestérol, plus la membrane est rigide et donc moins elle sera perméable.

Les glycolipides

Également amphiphiles, les glycolipides sont peu abondants. Ils sont composés d’un ou de plusieurs sucres liés de manière covalente avec le glycérol. On les retrouve uniquement sur le feuillet externe de la membrane.

C’est grâce à ces glycolipides que sont déterminés les groupes sanguins. Le groupe sanguin dépend de la fraction glucidique présente sur les globules rouges.

La bicouche lipidique est asymétrique car la composition en phospholipide est différente entre les deux feuillets d’une membrane et varient selon qu’il s’agisse d’une membrane plasmique, mitochondriale ou réticulaire.

b) Protéines de la membrane plasmique

Protéines membranaires intrinsèques

À titre de rappel, les protéines sont constituées d’un enchaînement d’acides aminés organisés en structures secondaire faites de deux motifs structuraux (hélice α et feuillet β). 70% des protéines sont intrinsèques et sont moins nombreuses que les lipides. Dans la membrane, elles sont ancrées à un lipide via un GlycoPhosphatidyl Inositol.

Protéines périphériques ou extrinsèques

Les protéines extrinsèques sont reliées à la membranes par des liaisons non convalentes avec d’autres protéines ou avec des lipides.

Dans cette catégorie de protéines, on retrouve notamment les glycoprotéines dont la fraction glucidique permet la reconnaissance spécifique par d’autres protéine, intervient dans les interactions telles que le contact et le transfert d’informations et protège les protéines de l’action des protéases.

Ces protéines représentent près de 50% des cibles pharmaceutiques. Elles sont pratiques car en les ciblant, les molécules pharmacologiques n’ont pas besoin de pénétrer les cellules.

c) Architecture de la membrane

L’architecture dynamique de la membrane plasmique emmène à la qualifier de mosaïque fluide :

  • « Mosaïque » car sa composition est très hétérogène dans l’espace et en fonction du temps.
  • « Fluide »  car les phospholipides et les protéines membranaires sont mobiles. La membrane est un corps parfaitement déformable dans l’espace.

Les macrodomaines

Les macdrodomaines sont des régions larges présentes sur la membrane et qui jouent un rôle dans l’adhésion cellulaire et les liaisons inter-cellulaires. Au sein de ces macrodomaines, on retrouve par exemple les cadhérines. Ces protéines, appartenant à la famille des glycoprotéines et dont le fonctionnement dépend du Ca2+, jouent un rôle dans l’adhésion cellulaire.

  • Microvillosités et cils :

Les microvillosités sont retrouvées au niveau intestinal, et permettent d’augmenter la surface de contact afin d’optimiser la récupération d’aliments.

Les cils, retrouvés au niveau pulmonaire sont composés de plusieurs cellules épithéliales.

Les microdomaines

Ces microdomaines sont retrouvés sur les faces apicales et basolatérales des cellules polarisée.

  • La face apicale est enrichie en sphingoglycorotéines et en sphingomiéline.
  • La face baolatérale quant à elle est riche en phosphatidylcholine.

Les microdomaines jouent un rôle dans les processus de reconnaissance cellulaire, protection de la cellule contre les agressions mécaniques, chimiques et enzymatiques (glycocalyx) et enfin dans le renouvellement de la membrane plasmique par flux dans les cellules (cavéoles : endocytose, exocytose).

Les cavéoles sont des petits repliements de la membrane impliqués dans le transport vésiculaire qui font partie de ces microdomaines

« Cell coat » ou glycocalyx est une zone péri-cellulaire (présent sur la membrane externe), structure riche en glucides et flamenteuses qui confère à la cellule une protection.

2. Rôles et activités physiologiques :

a) Barrière et échanges

Les propriétés de perméabilité de la membrane dépendent de caractéristiques comme la composition ionique du cytoplasme et celle de la matrice extracellulaire : il y a plus de Na+, Ca2+ et de Chlore à l’extérieur alors que le K+ est majoritaire à l’intérieur.

La perméabilité de la membrane est cependant sélective et spécifique.

Principe de l’osmose : mouvements de l’eau.

L’osmose est un phénomène physique passif qui a lieu si deux solutions sont séparées par une membrane à perméabilité sélective.

C’est un paramètre influencé par la taille des solutés : s’ils sont trop gros, ils ne traverseront pas la membrane.

Les cellules dotées d’une paroi (cellules végétales ou bactéries) sont plus résistantes aux changements d’osmolarité.

Transport de petites molécules

  • Diffusion simple : c’est un transport physique passif qui concerne les molécules solubles dans la membrane phospholipidique. Ce mécanisme est non spécifique et lent.
  • Diffusion facilitée : la diffusion facilitée est celle qui recourt à l’usage de protéines de transport. Il existe deux classes de protéines de transport :
    • Les protéines porteuses (ou perméases) qui changent de forme pour déplacer les molécules d’un côté à l’autre de la membrane. Ce sont des mécanismes plus lents que les transports ioniques.
    • Les canaux ioniques : Il s’agit d’un moyen de transport très spécifiques qui peut laisser passer une ou plusieurs sortes de molécules. En plus d’être extrêmement rapide, c’est un transport qui peut être régulé car les canaux ioniques ont la capacité de se fermer.
  • Transport actif : c’est un transport de molécule contre leur gradient de concentration. On parle d’antiport. Il est permis par le couplage avec un mécanisme de consommation d’énergie (besoin d’ATP) et avec le gradient de concentration d’une autre mol. C’est lui qui maintient les concentrations intra et extra-cellulaires de Na + et de K+, il régule le pH et le volume cellulaire et permet le transport de nutriments
  • Transport membranaire : endocytose et exocytose.
    • Endocytose : entrée de particules provenant de l’extérieur qui nécessite l’invagination (repliement) de la membrane, formant vésicules.
    • Exocytose : c’est le mécanisme inverse. Il s’agit d’une sortie de matériel cytoplasmique. Il en existe 2 types : constitutive (assez de matériel produit par cellule) et provoquée (signal d’activation de l’exocytose).

b) Reconnaissance, adhésion et ancrage cellulaire

Ces procédés cellulaires ont un rôle capital dans le développement et l’intégrité du tissu. On distingue différents types d’adhésions :

Adhésion jonctionnelle

  • Jonctions serrées (tight jonction) : cohésion et étanchéité.
  • Jonction d’ancrage (desmosomes) : attachent mécaniquement les cellules à leur voisines.
  • Jonction communicantes (GAP junction) : passage des signaux chimiques ou électriques entre les cellules.

Adhésion non jonctionnelle

Les principales molécules impliquées dans les adhésions non jonctionnelles sont les CAM (pour Cellular Adhesion Molecule). Il s’agit de protéines transmembranaires de la famille des immunoglobulines.

Rôles et importance des molécules d’adhérence

  • Reconnaissance cellulaire : dinstinction entre cellules du « soi » ou du « non soi ».
  • Migration des cellules
  • Assemblage et maintien de l’intégrité des tissus