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MEMBRANES CELLULAIRES

Toute cellule vivante est délimitée par une membrane, dite indifféremment cellulaire ou plasmique. Cette membrane est d’abord une barrière qui sépare l'intérieur de l'extérieur de la cellule. La membrane plasmique est indispensable à la vie ; sa rupture signe la mort de la cellule par perte des équilibres du milieu intracellulaire. Cette fonction de limite se double de la capacité d’assurer le passage des molécules nécessaires à la vie cellulaire, d’éliminer des produits toxiques et, de manière plus générale, d’assurer l’homéostasie cellulaire.

Première observation microscopique de la structure de l’écorce d’un arbre (1655) - crédits : Bettmann/ Getty Images

Première observation microscopique de la structure de l’écorce d’un arbre (1655)

Bettmann/ Getty Images

Par ailleurs, chaque cellule – sauf dans le monde bactérien – est traversée par des réseaux de membranes, d’apparence très voisine de celle de la membrane plasmique, en contact les unes avec les autres, reliant les organites et pouvant s’ouvrir à l'extérieur. Les organites contenus dans la cellule – noyau, mitochondries, appareil de Golgi, chloroplastes – sont eux-mêmes également entourés d’une membrane. La découverte de l'organisation interne de la cellule, des mouvements coordonnés qui l’animent, et l’étude des fonctions des membranes imposent l’image d’une cellule très organisée, siège de remaniements permanents, dans laquelle la membrane plasmique constitue une interface dynamique qui met en contact l'intérieur et l'extérieur de la cellule sans pour autant rompre la nécessaire séparation des deux milieux.

La double couche de lipides, une structure commune à toutes les membranes biologiques

La membrane plasmatique, qui sépare le contenu intracellulaire du milieu extracellulaire, est la condition d’existence de la cellule. Quelles qu’aient été les compositions de ces deux milieux lors de l'apparition des premières cellules, ils diffèrent actuellement par la concentration en différentes molécules, ions, protéines, etc. Le maintien de cette différence est lié à la nature et aux propriétés de la membrane. Les hypothèses sur sa nature ont varié. Au début du xxe siècle, on estimait qu’elle était surtout constituée de protéines. En 1925, partant de membranes de globules rouges purifiées – on avait fait éclater ces cellules sans noyau et on les avait lavées de leur cytoplasme –, on a montré que les membranes résiduelles étaient constituées, en parties égales, de protéines et de lipides.

En 1935, s’appuyant sur des études antérieures portant sur la structure des films de lipides en interface avec l’eau, James F. Danielli et Hugh Davson proposent le modèle de la bicouche de phospholipides pour rendre compte de la structure générale des membranes biologiques. Ces molécules sont constituées invariablement d'une tête hydrophile composée de phosphate et de glycérol (ou d'autres polyalcools), et d'une queue hydrophobe, composée d'acides gras de structures très différentes. Aux phospholipides s’ajoutent les glycolipides d’organisation similaire. En milieu aqueux salin, ces molécules vont spontanément s’organiser de façon à minimiser le contact de l'eau avec la partie lipidique. Plusieurs structures peuvent se former, mais l'organisation spontanée en deux couches est la base structurale de la membrane plasmatique qui est en interface avec deux compartiments aqueux : les têtes hydrophiles du feuillet externe sont en contact avec le milieu extracellulaire, celles du feuillet interne le sont avec le milieu intracellulaire. Les queues lipidiques des deux feuillets sont en contact les unes avec les autres et forment un milieu hydrophobe. L’épaisseur de la membrane varie de 6 à 8 nanomètres (1 nm = 10–9 m). Le modèle de Danielli et Davson se fonde sur la stabilité thermodynamique  de la bicouche. Cette organisation de base a été sans cesse vérifiée : par la microscopie électronique sur des coupes colorées à l’acide osmique et, dans les années 1960, par la diffraction[...]

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Écrit par

  • : chercheur en histoire des sciences, université Paris VII-Denis-Diderot, ancien chef de service à l'Institut Pasteur

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Première observation microscopique de la structure de l’écorce d’un arbre (1655) - crédits : Bettmann/ Getty Images

Première observation microscopique de la structure de l’écorce d’un arbre (1655)

Bettmann/ Getty Images

Types de lipides de la membrane cellulaire - crédits : Encyclopædia Universalis France

Types de lipides de la membrane cellulaire

Encyclopædia Universalis France

Visualisation de la membrane cellulaire - crédits : Biophoto Associates/ SPL

Visualisation de la membrane cellulaire

Biophoto Associates/ SPL

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Autres références

  • MITOSE

    • Écrit par Nina FAVARD
    • 6 519 mots
    • 5 médias
    ...Chez les cellules animales, la cytodiérèse se fait par étranglement du cytoplasme de la cellule mère (fig. 7). Au milieu ou à la fin de l'anaphase, la membrane plasmique s'invagine tout autour de la cellule selon un plan correspondant à la région équatoriale du fuseau. Le sillon circulaire ainsi formé...

  • ABSORPTION VÉGÉTALE

    • Écrit par René HELLER, Jean-Pierre RONA
    • 4 440 mots
    • 6 médias
    Labicouche phospholipidique des membranes des cellules végétales (plasmalemme et tonoplaste) est peu perméable à l'eau et à la plupart des ions minéraux, mais leur vitesse de diffusion et la sélectivité vis-à-vis des ions peuvent être augmentées par la présence de canaux (ions, eau) et de transporteurs...

  • AQUAPORINES

    • Écrit par Pierre LASZLO
    • 2 344 mots
    Lescellules sont encloses dans une membrane, faite d'une bicouche lipidique, qui enferme le cytoplasme, avec ses organelles et inclusions. Sur la face externe de la membrane, se trouve une autre solution aqueuse, contenant, de même d'ailleurs que le cytoplasme, des ions tels que sodium, potassium, ammonium,...

  • ARCHÉOBACTÉRIES ou ARCHÉES

    • Écrit par Patrick FORTERRE
    • 2 138 mots
    ...les séquences des ARNr 16S d'archées étaient pratiquement aussi éloignées des séquences des ARNr 16S bactériens que de celles des ARNr 18S eucaryotes. L'originalité des archées a été rapidement confirmée par l'analyse de leurs glycérolipides membranaires. Alors que les glycérolipides des bactéries et...
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