Membranes biologiques.
Le terme « membrane » (du latin membrana - peau, film) a commencé à être utilisé il y a plus de 100 ans pour désigner une limite cellulaire qui sert, d'une part, de barrière entre le contenu de la cellule et l'environnement extérieur, et de l'autre, comme une cloison semi-perméable à travers laquelle peuvent passer l'eau et certaines substances. Mais les fonctions de la membrane ne se limitent pas à cela, puisque les membranes biologiques constituent la base de l’organisation structurelle de la cellule.
Structure membranaire. Selon ce modèle, la membrane principale est une bicouche lipidique dans laquelle les queues hydrophobes des molécules sont tournées vers l'intérieur et les têtes hydrophiles vers l'extérieur. Les lipides sont représentés par les phospholipides - dérivés du glycérol ou de la sphingosine. Les protéines sont associées à la couche lipidique. Les protéines intégrales (transmembranaires) pénètrent dans la membrane et y sont fermement associées ; les périphériques ne pénètrent pas et sont moins fermement connectés à la membrane. Fonctions des protéines membranaires : maintenir la structure membranaire, recevoir et convertir les signaux de l'environnement. environnement, transport de certaines substances, catalyse des réactions se produisant sur les membranes. L'épaisseur de la membrane varie de 6 à 10 nm.
Propriétés des membranes :
1. Fluidité. La membrane n’est pas une structure rigide ; la plupart des protéines et lipides qui la composent peuvent se déplacer dans le plan de la membrane.
2. Asymétrie. La composition des couches externe et interne des protéines et des lipides est différente. De plus, les membranes plasmiques des cellules animales ont une couche de glycoprotéines à l'extérieur (glycocalyx, qui remplit des fonctions de signalisation et de récepteur, et est également important pour unir les cellules en tissus)
3. Polarité. La face externe de la membrane porte une charge positive, tandis que la face interne porte une charge négative.
4. Perméabilité sélective. Les membranes des cellules vivantes, en plus de l'eau, ne laissent passer que certaines molécules et ions de substances dissoutes (l'utilisation du terme « semi-perméabilité » en relation avec les membranes cellulaires n'est pas tout à fait correcte, car ce concept implique que. la membrane ne laisse passer que les molécules de solvant, tout en retenant toutes les molécules et ions des substances dissoutes.)
La membrane cellulaire externe (plasmalemme) est un film ultramicroscopique de 7,5 nm d'épaisseur, constitué de protéines, de phospholipides et d'eau. Un film élastique bien mouillé par l'eau et qui rétablit rapidement son intégrité après un dommage. Elle possède une structure universelle, typique de toutes les membranes biologiques. La position frontalière de cette membrane, sa participation aux processus de perméabilité sélective, de pinocytose, de phagocytose, d'excrétion des produits excréteurs et de synthèse, en interaction avec les cellules voisines et la protection de la cellule contre les dommages rendent son rôle extrêmement important. Les cellules animales situées à l'extérieur de la membrane sont parfois recouvertes d'une fine couche constituée de polysaccharides et de protéines : le glycocalyx. Dans les cellules végétales, à l’extérieur de la membrane cellulaire se trouve une paroi cellulaire solide qui crée un support externe et maintient la forme de la cellule. Il est constitué de fibres (cellulose), un polysaccharide insoluble dans l'eau.
L’unité structurelle de base d’un organisme vivant est la cellule, qui est une section différenciée du cytoplasme entourée d’une membrane cellulaire. Étant donné que la cellule remplit de nombreuses fonctions importantes, telles que la reproduction, la nutrition, le mouvement, la membrane doit être plastique et dense.
Histoire de la découverte et de la recherche de la membrane cellulaire
En 1925, Grendel et Gorder ont mené une expérience réussie pour identifier les « ombres » des globules rouges, ou membranes vides. Malgré plusieurs erreurs graves, les scientifiques ont découvert la bicouche lipidique. Leur travail fut poursuivi par Danielli, Dawson en 1935 et Robertson en 1960. À la suite de nombreuses années de travail et d’accumulation d’arguments, Singer et Nicholson ont créé en 1972 un modèle fluide-mosaïque de la structure membranaire. D'autres expériences et études ont confirmé les travaux des scientifiques.
Signification
Qu'est-ce qu'une membrane cellulaire ? Ce mot a commencé à être utilisé il y a plus de cent ans ; traduit du latin, il signifie « film », « peau ». C'est ainsi que l'on désigne la limite cellulaire, qui constitue une barrière naturelle entre le contenu interne et l'environnement externe. La structure de la membrane cellulaire implique une semi-perméabilité, grâce à laquelle l'humidité, les nutriments et les produits de dégradation peuvent la traverser librement. Cette coque peut être appelée le principal composant structurel de l'organisation cellulaire.
Considérons les principales fonctions de la membrane cellulaire
1. Sépare le contenu interne de la cellule et les composants de l'environnement externe.
2. Aide à maintenir une composition chimique constante de la cellule.
3. Régule le bon métabolisme.
4. Assure la communication entre les cellules.
5. Reconnaît les signaux.
6. Fonction de protection.
"Coquille Plasma"
La membrane cellulaire externe, également appelée membrane plasmique, est un film ultramicroscopique dont l'épaisseur varie de cinq à sept nanomillimètres. Il se compose principalement de composés protéiques, de phospholides et d’eau. Le film est élastique, absorbe facilement l'eau et restaure rapidement son intégrité après dommage.
Il a une structure universelle. Cette membrane occupe une position frontière, participe au processus de perméabilité sélective, d'élimination des produits de désintégration et les synthétise. La relation avec ses « voisins » et la protection fiable du contenu interne contre les dommages en font un élément important dans des domaines tels que la structure de la cellule. La membrane cellulaire des organismes animaux est parfois recouverte d'une fine couche - le glycocalyx, qui comprend des protéines et des polysaccharides. Les cellules végétales situées à l’extérieur de la membrane sont protégées par une paroi cellulaire qui sert de support et maintient leur forme. Le composant principal de sa composition est la fibre (cellulose) - un polysaccharide insoluble dans l'eau.
Ainsi, la membrane cellulaire externe a pour fonction de réparation, de protection et d’interaction avec d’autres cellules.
Structure de la membrane cellulaire
L'épaisseur de cette coque mobile varie de six à dix nanomillimètres. La membrane cellulaire d'une cellule a une composition spéciale dont la base est une bicouche lipidique. Les queues hydrophobes, inertes à l'eau, sont situées à l'intérieur, tandis que les têtes hydrophiles, interagissant avec l'eau, sont tournées vers l'extérieur. Chaque lipide est un phospholipide, résultat de l’interaction de substances telles que le glycérol et la sphingosine. La structure lipidique est étroitement entourée de protéines disposées en une couche non continue. Certains d'entre eux sont immergés dans la couche lipidique, les autres la traversent. En conséquence, des zones perméables à l'eau se forment. Les fonctions remplies par ces protéines sont différentes. Certains d'entre eux sont des enzymes, les autres sont des protéines de transport qui transfèrent diverses substances de l'environnement externe vers le cytoplasme et inversement.
La membrane cellulaire est imprégnée et étroitement reliée par des protéines intégrales, et la connexion avec les protéines périphériques est moins forte. Ces protéines remplissent une fonction importante, qui consiste à maintenir la structure de la membrane, à recevoir et à convertir les signaux de l'environnement, à transporter des substances et à catalyser les réactions qui se produisent sur les membranes.
Composé
La base de la membrane cellulaire est une couche bimoléculaire. Grâce à sa continuité, la cellule possède des propriétés barrières et mécaniques. À différentes étapes de la vie, cette bicouche peut être perturbée. En conséquence, des défauts structurels des pores hydrophiles traversants se forment. Dans ce cas, absolument toutes les fonctions d'un composant tel que la membrane cellulaire peuvent changer. Le noyau peut souffrir d'influences extérieures.
Propriétés
La membrane cellulaire d’une cellule présente des caractéristiques intéressantes. De par sa fluidité, cette membrane n'est pas une structure rigide, et l'essentiel des protéines et lipides qui la composent se déplacent librement sur le plan de la membrane.
En général, la membrane cellulaire est asymétrique, de sorte que la composition des couches protéiques et lipidiques diffère. Les membranes plasmiques des cellules animales, sur leur face externe, possèdent une couche de glycoprotéine qui remplit des fonctions de récepteur et de signalisation, et joue également un rôle important dans le processus de combinaison des cellules en tissus. La membrane cellulaire est polaire, c’est-à-dire que la charge à l’extérieur est positive et la charge à l’intérieur est négative. En plus de tout ce qui précède, la membrane cellulaire possède une vision sélective.
Cela signifie qu'en plus de l'eau, seul un certain groupe de molécules et d'ions de substances dissoutes sont autorisés à pénétrer dans la cellule. La concentration d'une substance telle que le sodium dans la plupart des cellules est bien inférieure à celle de l'environnement extérieur. Les ions potassium ont un rapport différent : leur quantité dans la cellule est beaucoup plus élevée que dans l'environnement. À cet égard, les ions sodium ont tendance à pénétrer dans la membrane cellulaire et les ions potassium ont tendance à être libérés à l'extérieur. Dans ces circonstances, la membrane active un système spécial qui joue un rôle de « pompage », nivelant la concentration des substances : les ions sodium sont pompés vers la surface de la cellule et les ions potassium sont pompés à l'intérieur. Cette caractéristique est l’une des fonctions les plus importantes de la membrane cellulaire.
Cette tendance des ions sodium et potassium à se déplacer vers l’intérieur depuis la surface joue un rôle important dans le transport du sucre et des acides aminés dans la cellule. En éliminant activement les ions sodium de la cellule, la membrane crée les conditions nécessaires à de nouveaux apports de glucose et d'acides aminés à l'intérieur. Au contraire, lors du transfert des ions potassium dans la cellule, le nombre de « transporteurs » de produits de désintégration de l'intérieur de la cellule vers l'environnement extérieur est reconstitué.
Comment la nutrition cellulaire se fait-elle à travers la membrane cellulaire ?
De nombreuses cellules absorbent des substances par le biais de processus tels que la phagocytose et la pinocytose. Dans la première option, une membrane externe flexible crée une petite dépression dans laquelle se retrouve la particule capturée. Le diamètre de l'évidement augmente alors jusqu'à ce que la particule enfermée pénètre dans le cytoplasme cellulaire. Grâce à la phagocytose, certains protozoaires, comme les amibes, sont nourris, ainsi que des cellules sanguines - les leucocytes et les phagocytes. De même, les cellules absorbent du liquide qui contient les nutriments nécessaires. Ce phénomène est appelé pinocytose.
La membrane externe est étroitement reliée au réticulum endoplasmique de la cellule.
De nombreux types de composants tissulaires principaux présentent des saillies, des plis et des microvillosités à la surface de la membrane. Les cellules végétales situées à l’extérieur de cette coquille sont recouvertes d’une autre, épaisse et bien visible au microscope. La fibre dont ils sont constitués contribue à former un support pour les tissus végétaux, comme le bois. Les cellules animales possèdent également un certain nombre de structures externes situées au-dessus de la membrane cellulaire. Ils ont un caractère exclusivement protecteur, un exemple en est la chitine contenue dans les cellules tégumentaires des insectes.
En plus de la membrane cellulaire, il existe une membrane intracellulaire. Sa fonction est de diviser la cellule en plusieurs compartiments fermés spécialisés - compartiments ou organites, où un certain environnement doit être maintenu.
Ainsi, il est impossible de surestimer le rôle d'un composant de l'unité de base d'un organisme vivant tel que la membrane cellulaire. La structure et les fonctions suggèrent une expansion significative de la surface totale de la cellule et une amélioration des processus métaboliques. Cette structure moléculaire est constituée de protéines et de lipides. Séparant la cellule du milieu extérieur, la membrane assure son intégrité. Avec son aide, les connexions intercellulaires sont maintenues à un niveau assez fort, formant ainsi des tissus. À cet égard, nous pouvons conclure que la membrane cellulaire joue l’un des rôles les plus importants dans la cellule. La structure et les fonctions qu'il remplit diffèrent radicalement selon les cellules, en fonction de leur objectif. Grâce à ces caractéristiques, diverses activités physiologiques des membranes cellulaires et leurs rôles dans l'existence des cellules et des tissus sont réalisés.
Membrane cellulaire externe (plasmalemme, cytolemme, membrane plasmique) des cellules animales recouvert à l'extérieur (c'est-à-dire du côté non en contact avec le cytoplasme) d'une couche de chaînes d'oligosaccharides liées de manière covalente aux protéines membranaires (glycoprotéines) et, dans une moindre mesure, aux lipides (glycolipides). Ce revêtement membranaire glucidique est appelé glycocalice. Le but du glycocalice n’est pas encore très clair ; on suppose que cette structure participe aux processus de reconnaissance intercellulaire.
Dans les cellules végétales Au-dessus de la membrane cellulaire externe se trouve une couche de cellulose dense avec des pores à travers lesquels la communication entre les cellules voisines s'effectue via des ponts cytoplasmiques.
Dans les cellules champignons au-dessus du plasmalemme - une couche dense chitine.
U bactéries – mureina.
Propriétés des membranes biologiques
1. Capacité d'auto-assemblage après des influences destructrices. Cette propriété est déterminée par les propriétés physicochimiques des molécules de phospholipides, qui dans une solution aqueuse se réunissent de telle sorte que les extrémités hydrophiles des molécules se déploient vers l'extérieur et les extrémités hydrophobes vers l'intérieur. Les protéines peuvent être intégrées dans des couches phospholipidiques prêtes à l'emploi. La capacité à s’auto-assembler est importante au niveau cellulaire.
2. Semi-perméable(sélectivité dans la transmission des ions et des molécules). Assure le maintien de la constance de la composition ionique et moléculaire dans la cellule.
3. Fluidité membranaire. Les membranes ne sont pas des structures rigides ; elles fluctuent constamment en raison des mouvements de rotation et de vibration des molécules lipidiques et protéiques. Cela garantit un taux plus élevé de processus enzymatiques et autres processus chimiques dans les membranes.
4. Les fragments de membrane n'ont pas d'extrémités libres, alors qu'ils se referment en bulles.
Fonctions de la membrane cellulaire externe (plasmalemme)
Les principales fonctions du plasmalemme sont les suivantes : 1) barrière, 2) récepteur, 3) échange, 4) transport.
1. Fonction barrière. Cela s'exprime par le fait que la membrane plasmique limite le contenu de la cellule, la séparant de l'environnement extérieur, et que les membranes intracellulaires divisent le cytoplasme en cellules de réaction distinctes. compartiments.
2. Fonction récepteur. L'une des fonctions les plus importantes du plasmalemme est d'assurer la communication (connexion) de la cellule avec l'environnement extérieur via l'appareil récepteur présent dans les membranes, qui est de nature protéique ou glycoprotéique. La fonction principale des formations réceptrices du plasmalemme est la reconnaissance des signaux externes, grâce auxquels les cellules sont correctement orientées et forment des tissus au cours du processus de différenciation. La fonction du récepteur est associée à l'activité de divers systèmes de régulation, ainsi qu'à la formation d'une réponse immunitaire.
Fonction d'échange déterminé par la teneur en protéines enzymatiques des membranes biologiques, qui sont des catalyseurs biologiques. Leur activité varie en fonction du pH de l'environnement, de la température, de la pression et de la concentration du substrat et de l'enzyme elle-même. Les enzymes déterminent l'intensité des réactions clés métabolisme, ainsi que leur direction.
Fonction de transport des membranes. La membrane permet la pénétration sélective de divers produits chimiques dans la cellule et hors de la cellule dans l'environnement. Le transport de substances est nécessaire pour maintenir le pH approprié et la concentration ionique appropriée dans la cellule, ce qui garantit l'efficacité des enzymes cellulaires. Le transport fournit des nutriments qui servent de source d’énergie ainsi que de matière pour la formation de divers composants cellulaires. L'élimination des déchets toxiques de la cellule, la sécrétion de diverses substances utiles et la création de gradients ioniques nécessaires à l'activité nerveuse et musculaire en dépendent. Des modifications du taux de transfert de substances peuvent entraîner des perturbations des processus bioénergétiques, eau-sel. métabolisme, excitabilité et autres processus.
La correction de ces changements est à la base de l'action de nombreux médicaments.
Il existe deux manières principales pour les substances d'entrer dans la cellule et d'en sortir dans l'environnement externe ;
transports passifs,
transports actifs. Transports passifs
Les deux gradients constituent ensemble le gradient électrochimique. Le transport passif de substances peut s'effectuer de deux manières : par diffusion simple et par diffusion facilitée.
En diffusion simple les ions sel et l'eau peuvent pénétrer par des canaux sélectifs. Ces canaux sont formés par certaines protéines transmembranaires qui forment des voies de transport de bout en bout ouvertes en permanence ou pour une courte période. Diverses molécules de taille et de charge correspondant aux canaux pénètrent par des canaux sélectifs.
Il existe un autre moyen de diffusion simple: il s'agit de la diffusion de substances à travers la bicouche lipidique, à travers laquelle passent facilement les substances liposolubles et l'eau. La bicouche lipidique est imperméable aux molécules chargées (ions), et en même temps, les petites molécules non chargées peuvent diffuser librement, et plus la molécule est petite, plus elle est transportée rapidement. Le taux de diffusion assez élevé de l'eau à travers la bicouche lipidique s'explique précisément par la petite taille de ses molécules et l'absence de charge.
Avec diffusion facilitée Le transport de substances implique des protéines - des transporteurs qui fonctionnent selon le principe du « ping-pong ». Dans ce cas, la protéine existe dans deux états conformationnels : à l'état « pong », les sites de liaison de la substance transportée sont ouverts à l'extérieur de la bicouche, et à l'état « ping », les mêmes sites sont ouverts à l'extérieur de la bicouche. autre côté. Ce processus est réversible. De quel côté le site de liaison d'une substance sera ouvert à un moment donné dépend du gradient de concentration de cette substance.
De cette façon, les sucres et les acides aminés traversent la membrane.
Avec une diffusion facilitée, le taux de transport des substances augmente considérablement par rapport à une simple diffusion.
Outre les protéines porteuses, certains antibiotiques participent à la diffusion facilitée, par exemple la gramicidine et la valinomycine.
Parce qu'ils assurent le transport des ions, ils sont appelés ionophores.
Transport actif de substances dans la cellule. Ce type de transport coûte toujours de l'énergie. La source d'énergie nécessaire au transport actif est l'ATP. Une particularité de ce type de transport est qu'il s'effectue de deux manières :
en utilisant des enzymes appelées ATPases ;
transport sous emballage membranaire (endocytose).
DANS La membrane cellulaire externe contient des protéines enzymatiques telles que les ATPases, dont la fonction est d'assurer le transport actif ions contre un gradient de concentration. Puisqu’ils assurent le transport des ions, ce processus est appelé pompe à ions.
Il existe quatre principaux systèmes de transport d’ions connus dans les cellules animales. Trois d'entre eux assurent le transfert à travers les membranes biologiques : Na+ et K+, Ca+, H+, et le quatrième - le transfert de protons lors du fonctionnement de la chaîne respiratoire mitochondriale.
Un exemple de mécanisme de transport d'ions actif est pompe sodium-potassium dans les cellules animales. Il maintient une concentration constante d'ions sodium et potassium dans la cellule, qui diffère de la concentration de ces substances dans l'environnement : normalement, il y a moins d'ions sodium dans la cellule que dans l'environnement, et plus d'ions potassium.
En conséquence, selon les lois de la simple diffusion, le potassium a tendance à quitter la cellule et le sodium se diffuse dans la cellule. Contrairement à la simple diffusion, la pompe sodium-potassium pompe constamment le sodium hors de la cellule et introduit du potassium : pour trois molécules de sodium libérées, deux molécules de potassium sont introduites dans la cellule.
Ce transport des ions sodium-potassium est assuré par l'ATPase dépendante, une enzyme localisée dans la membrane de telle sorte qu'elle pénètre dans toute son épaisseur. Le sodium et l'ATP pénètrent dans cette enzyme par l'intérieur de la membrane, et le potassium par l'extérieur.
Le transfert de sodium et de potassium à travers la membrane se produit à la suite de changements conformationnels que subit l'ATPase sodium-potassium dépendante, qui est activée lorsque la concentration de sodium à l'intérieur de la cellule ou de potassium dans l'environnement augmente.
Pour fournir de l’énergie à cette pompe, l’hydrolyse de l’ATP est nécessaire. Ce processus est assuré par la même enzyme, l'ATPase sodium-potassium dépendante. De plus, plus d'un tiers de l'ATP consommé par une cellule animale au repos est consacré au fonctionnement de la pompe sodium-potassium.
La violation du bon fonctionnement de la pompe sodium-potassium entraîne diverses maladies graves.
L'efficacité de cette pompe dépasse 50 %, ce qui n'est pas atteint par les machines les plus avancées créées par l'homme.
De nombreux systèmes de transport actif sont alimentés par l’énergie stockée dans des gradients ioniques plutôt que par l’hydrolyse directe de l’ATP. Tous fonctionnent comme des systèmes de cotransport (favorisant le transport de composés de faible poids moléculaire). Par exemple, le transport actif de certains sucres et acides aminés dans les cellules animales est déterminé par un gradient d’ions sodium, et plus le gradient d’ions sodium est élevé, plus le taux d’absorption du glucose est élevé. Et inversement, si la concentration de sodium dans l’espace intercellulaire diminue sensiblement, le transport du glucose s’arrête. Dans ce cas, le sodium doit rejoindre la protéine de transport du glucose sodium-dépendante, qui possède deux sites de liaison : un pour le glucose, l'autre pour le sodium. Les ions sodium pénétrant dans la cellule facilitent l'introduction de la protéine porteuse dans la cellule avec le glucose. Les ions sodium qui pénètrent dans la cellule avec le glucose sont pompés par l'ATPase sodium-potassium dépendante, qui, en maintenant un gradient de concentration en sodium, contrôle indirectement le transport du glucose.
Transport de substances dans des emballages à membrane. Les grosses molécules de biopolymères ne peuvent pratiquement pas pénétrer à travers le plasmalemme par aucun des mécanismes de transport de substances décrits ci-dessus dans la cellule. Ils sont capturés par la cellule et absorbés dans un emballage membranaire, appelé endocytose. Cette dernière est formellement divisée en phagocytose et pinocytose. L’absorption des particules par la cellule est phagocytose, et liquide - pinocytose. Au cours de l'endocytose, les étapes suivantes sont observées :
réception de la substance absorbée grâce aux récepteurs de la membrane cellulaire;
invagination de la membrane avec formation d'une bulle (vésicule) ;
séparation de la vésicule endocytaire de la membrane avec consommation d’énergie – formation de phagosomes et restauration de l'intégrité de la membrane ;
Fusion du phagosome avec le lysosome et formation phagolysosomes (vacuole digestive) au cours duquel se produit la digestion des particules absorbées ;
élimination du matériel non digéré dans le phagolysosome de la cellule ( exocytose).
Dans le monde animal endocytose est une méthode de nutrition caractéristique pour de nombreux organismes unicellulaires (par exemple, chez les amibes), et parmi les organismes multicellulaires, ce type de digestion des particules alimentaires se retrouve dans les cellules endodermiques des coelentérés. Quant aux mammifères et aux humains, ils possèdent un système cellulaire réticulo-histio-endothélial doté de la capacité d’endocytose. Les exemples incluent les leucocytes sanguins et les cellules de Kupffer hépatiques. Ces derniers tapissent les capillaires dits sinusoïdaux du foie et captent diverses particules étrangères en suspension dans le sang. Exocytose- Il s'agit également d'une méthode permettant d'éliminer de la cellule d'un organisme multicellulaire le substrat sécrété par celui-ci, nécessaire au fonctionnement d'autres cellules, tissus et organes.
Brève description :
Sazonov V.F. 1_1 Structure de la membrane cellulaire [Ressource électronique] // Kinésiologue, 2009-2018 : [site Internet]. Date de mise à jour : 02/06/2018...__201_).
_La structure et le fonctionnement de la membrane cellulaire sont décrits (synonymes : plasmalemme, plasmalemme, biomembrane, membrane cellulaire, membrane cellulaire externe, membrane cellulaire, membrane cytoplasmique). Ces premières informations sont nécessaires à la fois pour la cytologie et pour la compréhension des processus de l'activité nerveuse : excitation nerveuse, inhibition, fonctionnement des synapses et des récepteurs sensoriels. Membrane cellulaire (plasma) UN lemme ou plasmaÔ
lemme)
Définition du concept
La membrane cellulaire (synonymes : plasmalemme, plasmalemme, membrane cytoplasmique, biomembrane) est une triple membrane lipoprotéique (c'est-à-dire « graisse-protéine ») qui sépare la cellule de l'environnement et assure un échange et une communication contrôlés entre la cellule et son environnement. L'essentiel dans cette définition n'est pas que la membrane sépare la cellule de l'environnement, mais justement qu'elle se connecte cellule avec l’environnement. La membrane est actif
la structure de la cellule, elle travaille constamment.
Une membrane biologique est un film bimoléculaire ultrafin de phospholipides incrusté de protéines et de polysaccharides. Cette structure cellulaire est à l'origine des propriétés barrières, mécaniques et matricielles d'un organisme vivant (Antonov V.F., 1996).
Pour moi, la membrane cellulaire ressemble à une clôture en treillis avec de nombreuses portes, qui entoure un certain territoire. Toute petite créature vivante peut se déplacer librement à travers cette clôture. Mais les visiteurs plus grands ne peuvent entrer que par les portes, et même pas toutes les portes. Différents visiteurs n'ont les clés que de leurs propres portes et ne peuvent pas franchir les portes des autres. Ainsi, à travers cette clôture, des flux constants de visiteurs vont et viennent, car la fonction principale de la clôture membranaire est double : séparer le territoire de l'espace environnant et en même temps le relier à l'espace environnant. C'est pourquoi il y a de nombreux trous et portes dans la clôture. !
Propriétés des membranes
1. Perméabilité.
2. Semi-perméabilité (perméabilité partielle).
3. Perméabilité sélective (synonyme : sélective).
4. Perméabilité active (synonyme : transport actif).
5. Perméabilité contrôlée.
Comme vous pouvez le constater, la principale propriété d’une membrane est sa perméabilité à diverses substances.
6. Phagocytose et pinocytose.
7. Exocytose.
8. La présence de potentiels électriques et chimiques, ou plutôt la différence de potentiel entre les faces interne et externe de la membrane. Au sens figuré, nous pouvons dire que « la membrane transforme la cellule en « batterie électrique » en contrôlant les flux ioniques ». Détails: .
9. Modifications du potentiel électrique et chimique.
10. Irritabilité. Des récepteurs moléculaires spéciaux situés sur la membrane peuvent se connecter à des substances de signalisation (contrôle), ce qui peut modifier l'état de la membrane et de la cellule entière. Les récepteurs moléculaires déclenchent des réactions biochimiques en réponse à la connexion de ligands (substances de contrôle) avec eux. Il est important de noter que la substance de signalisation agit sur le récepteur de l'extérieur et que les changements se poursuivent à l'intérieur de la cellule. Il s'avère que la membrane transfère les informations de l'environnement vers l'environnement interne de la cellule.
11. Activité enzymatique catalytique. Les enzymes peuvent être incorporées dans la membrane ou associées à sa surface (à la fois à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule) et y exercer leurs activités enzymatiques.
12. Changer la forme de la surface et sa superficie. Cela permet à la membrane de former des excroissances vers l'extérieur ou, à l'inverse, des invaginations dans la cellule.
13. La capacité d'établir des contacts avec d'autres membranes cellulaires.
14. Adhérence - la capacité d'adhérer à des surfaces dures.
Brève liste des propriétés de la membrane
- Perméabilité.
- Endocytose, exocytose, transcytose.
- Potentiels.
- Irritabilité.
- Activité enzymatique.
- Contacts.
- Adhésion.
Fonctions membranaires
1. Isolation incomplète du contenu interne de l'environnement externe.
2. L'essentiel dans le fonctionnement de la membrane cellulaire est échange divers substance entre la cellule et le milieu intercellulaire. Cela est dû à la propriété de perméabilité de la membrane. De plus, la membrane régule cet échange en régulant sa perméabilité.
3. Une autre fonction importante de la membrane est créer une différence de potentiels chimiques et électriques entre ses côtés intérieur et extérieur. De ce fait, l’intérieur de la cellule présente un potentiel électrique négatif.
4. La membrane réalise également échange d'informations entre la cellule et son environnement. Des récepteurs moléculaires spéciaux situés sur la membrane peuvent se lier à des substances de contrôle (hormones, médiateurs, modulateurs) et déclencher des réactions biochimiques dans la cellule, entraînant divers changements dans le fonctionnement de la cellule ou dans ses structures.
Vidéo:Structure de la membrane cellulaire
Conférence vidéo :Détails sur la structure et le transport de la membrane
Structure membranaire
La membrane cellulaire a un rôle universel à trois couches structure. Sa couche de graisse moyenne est continue et les couches protéiques supérieure et inférieure la recouvrent sous la forme d'une mosaïque de zones protéiques distinctes. La couche adipeuse est la base qui assure l'isolement de la cellule de l'environnement, l'isolant de l'environnement. À lui seul, il laisse passer très mal les substances hydrosolubles, mais laisse facilement passer les substances liposolubles. Par conséquent, la perméabilité de la membrane aux substances solubles dans l'eau (par exemple les ions) doit être assurée par des structures protéiques spéciales - et.
Vous trouverez ci-dessous des micrographies de véritables membranes cellulaires de cellules en contact obtenues à l'aide d'un microscope électronique, ainsi qu'un dessin schématique montrant la structure à trois couches de la membrane et la nature mosaïque de ses couches protéiques. Pour agrandir l'image, cliquez dessus.
Une image distincte de la couche lipidique (graisse) interne de la membrane cellulaire, imprégnée de protéines intégrées intégrées. Les couches protéiques supérieure et inférieure ont été retirées afin de ne pas gêner la visualisation de la bicouche lipidique.
Figure ci-dessus : Représentation schématique partielle d'une membrane cellulaire (membrane cellulaire), donnée sur Wikipédia.
Veuillez noter que les couches protéiques externe et interne ont été retirées de la membrane ici afin que nous puissions mieux voir la bicouche lipidique grasse centrale. Dans une véritable membrane cellulaire, de grandes « îles » protéiques flottent au-dessus et en dessous du film graisseux (petites boules sur la figure), et la membrane s'avère plus épaisse, à trois couches : protéine-graisse-protéine . C'est donc en fait comme un sandwich composé de deux « morceaux de pain » protéinés avec une couche grasse de « beurre » au milieu, c'est-à-dire a une structure à trois couches et non à deux couches.
Sur cette image, les petites boules bleues et blanches correspondent aux « têtes » hydrophiles (mouillables) des lipides, et les « ficelles » qui leur sont attachées correspondent aux « queues » hydrophobes (non mouillables). Parmi les protéines, seules les protéines membranaires intégrales de bout en bout (globules rouges et hélices jaunes) sont présentées. Les points ovales jaunes à l’intérieur de la membrane sont des molécules de cholestérol. Les chaînes de billes jaune-vert à l’extérieur de la membrane sont des chaînes d’oligosaccharides qui forment le glycocalyx. Un glycocalyx est une sorte de « peluche » glucidique (« sucre ») sur une membrane, formée par de longues molécules glucidiques-protéiques qui en dépassent.
La vie est un petit « sac protéique-graisse » rempli d’un contenu semi-liquide ressemblant à de la gelée, imprégné de films et de tubes.
Les parois de ce sac sont formées d'un double film gras (lipidique), recouvert à l'intérieur et à l'extérieur de protéines : la membrane cellulaire. C'est pourquoi ils disent que la membrane a structure à trois couches : protéines-graisses-protéines. À l’intérieur de la cellule se trouvent également de nombreuses membranes graisseuses similaires qui divisent son espace interne en compartiments. Les mêmes membranes entourent les organites cellulaires : noyau, mitochondries, chloroplastes. La membrane est donc une structure moléculaire universelle commune à toutes les cellules et à tous les organismes vivants.
À gauche, il ne s’agit plus d’un modèle réel, mais d’un modèle artificiel d’un morceau de membrane biologique : il s’agit d’un instantané instantané d’une bicouche de phospholipides gras (c’est-à-dire une double couche) en cours de simulation de dynamique moléculaire. La cellule de calcul du modèle est affichée - 96 molécules PC ( f osphatidyle X olina) et 2304 molécules d'eau, pour un total de 20544 atomes.
À droite se trouve un modèle visuel d’une molécule unique du même lipide à partir de laquelle la bicouche lipidique membranaire est assemblée. Au sommet, il a une tête hydrophile (qui aime l'eau) et en bas il y a deux queues hydrophobes (qui ont peur de l'eau). Ce lipide a un nom simple : 1-stéroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (18:0/22:6(n-3)cis PC), mais vous n'avez pas besoin de vous en souvenir, sauf si vous vous envisagez de faire s'évanouir votre professeur avec la profondeur de vos connaissances.
Une définition scientifique plus précise d'une cellule peut être donnée :
est un système ordonné, structuré et hétérogène de biopolymères délimité par une membrane active, participant à un ensemble unique de processus métaboliques, énergétiques et informationnels, et maintenant et reproduisant également l'ensemble du système dans son ensemble.
L’intérieur de la cellule est également imprégné de membranes, et entre les membranes il n’y a pas d’eau, mais un gel/sol visqueux de densité variable. Par conséquent, les molécules en interaction dans une cellule ne flottent pas librement, comme dans un tube à essai contenant une solution aqueuse, mais reposent principalement (immobilisées) sur les structures polymères du cytosquelette ou des membranes intracellulaires. Et les réactions chimiques se déroulent donc à l’intérieur de la cellule presque comme dans un solide plutôt que dans un liquide. La membrane externe entourant la cellule est également tapissée d’enzymes et de récepteurs moléculaires, ce qui en fait une partie très active de la cellule.
La membrane cellulaire (plasmalemme, plasmolemme) est une membrane active qui sépare la cellule de l'environnement et la relie à l'environnement. © Sazonov V.F., 2016.
De cette définition d'une membrane il résulte qu'elle limite non seulement la cellule, mais travaillant activement, le connectant à son environnement.
La graisse qui compose les membranes est spéciale, c'est pourquoi ses molécules sont généralement appelées non seulement graisse, mais "lipides", "phospholipides", "sphingolipides". Le film membranaire est double, c'est-à-dire qu'il est constitué de deux films collés ensemble. Par conséquent, dans les manuels, ils écrivent que la base de la membrane cellulaire est constituée de deux couches lipidiques (ou " bicouche", c'est-à-dire une double couche). Pour chaque couche lipidique individuelle, un côté peut être mouillé avec de l'eau, mais l'autre ne le peut pas. Ainsi, ces films adhèrent précisément les uns aux autres grâce à leurs côtés non mouillables.
Membrane bactérienne
La paroi cellulaire procaryote des bactéries à Gram négatif est constituée de plusieurs couches, illustrées dans la figure ci-dessous.
Couches de la coquille des bactéries à Gram négatif :
1. Membrane cytoplasmique interne à trois couches, en contact avec le cytoplasme.
2. Paroi cellulaire, constituée de muréine.
3. La membrane cytoplasmique externe à trois couches, qui possède le même système de lipides avec des complexes protéiques que la membrane interne.
La communication des cellules bactériennes à Gram négatif avec le monde extérieur à travers une structure aussi complexe en trois étapes ne leur donne pas d'avantage en termes de survie dans des conditions difficiles par rapport aux bactéries à Gram positif qui ont une membrane moins puissante. Ils ne tolèrent pas non plus les températures élevées, l'augmentation de l'acidité et les changements de pression.
Conférence vidéo :Membrane plasmique. E.V. Cheval, Ph.D.
Conférence vidéo :La membrane comme limite cellulaire. A. Ilyaskin
Importance des canaux ioniques membranaires
Il est facile de comprendre que seules les substances liposolubles peuvent pénétrer dans la cellule à travers le film adipeux membranaire. Ce sont des graisses, des alcools, des gaz. Par exemple, dans les globules rouges, l’oxygène et le dioxyde de carbone entrent et sortent facilement directement à travers la membrane. Mais l'eau et les substances solubles dans l'eau (par exemple les ions) ne peuvent tout simplement pas traverser la membrane pour pénétrer dans une cellule. Cela signifie qu'ils nécessitent des trous spéciaux. Mais si vous faites simplement un trou dans le film graisseux, celui-ci se refermera immédiatement. Ce qu'il faut faire? Une solution a été trouvée dans la nature : il est nécessaire de réaliser des structures spéciales de transport des protéines et de les étirer à travers la membrane. C'est exactement ainsi que se forment les canaux pour le passage des substances liposolubles - les canaux ioniques de la membrane cellulaire.
Ainsi, pour conférer à sa membrane des propriétés supplémentaires de perméabilité aux molécules polaires (ions et eau), la cellule synthétise des protéines particulières dans le cytoplasme, qui sont ensuite intégrées à la membrane. Ils sont de deux types : protéines de transport (par exemple, les ATPases de transport) et protéines formant des canaux (créateurs de chaînes). Ces protéines sont incrustées dans la double couche graisseuse de la membrane et forment des structures de transport sous forme de transporteurs ou sous forme de canaux ioniques. Diverses substances hydrosolubles qui autrement ne pourraient pas traverser le film membranaire graisseux peuvent désormais traverser ces structures de transport.
En général, les protéines incorporées dans la membrane sont également appelées intégral, précisément parce qu'ils semblent être inclus dans la membrane et la traverser. D'autres protéines, non intégrales, forment des îlots, pour ainsi dire, « flottants » à la surface de la membrane : soit sur sa surface externe, soit sur sa surface interne. Après tout, tout le monde sait que la graisse est un bon lubrifiant et qu’il est facile de glisser dessus !
Conclusions
1. En général, la membrane s'avère être à trois couches :
1) couche externe d’« îles » protéiques
2) « mer » grasse à deux couches (bicouche lipidique), c'est-à-dire double film lipidique,
3) une couche interne d’« îlots » protéiques.
Mais il existe également une couche externe lâche : le glycocalyx, qui est formé de glycoprotéines dépassant de la membrane. Ce sont des récepteurs moléculaires auxquels se lient les substances de contrôle de la signalisation.
2. Des structures protéiques spéciales sont intégrées à la membrane, garantissant sa perméabilité aux ions ou à d'autres substances. Il ne faut pas oublier qu'à certains endroits, la mer de graisse est imprégnée de part en part de protéines intégrales. Et ce sont les protéines intégrales qui forment des ouvrages de transport membrane cellulaire (voir section 1_2 Mécanismes de transport membranaire). Grâce à eux, les substances pénètrent dans la cellule et sont également évacuées de la cellule vers l'extérieur.
3. De n'importe quel côté de la membrane (externe et interne), ainsi qu'à l'intérieur de la membrane, peuvent être localisées des protéines enzymatiques qui affectent à la fois l'état de la membrane elle-même et la vie de la cellule entière.
La membrane cellulaire est donc une structure active et variable qui travaille activement dans l'intérêt de la cellule entière et la relie au monde extérieur, et n'est pas seulement une « coque protectrice ». C’est la chose la plus importante que vous devez savoir sur la membrane cellulaire.
En médecine, les protéines membranaires sont souvent utilisées comme « cibles » pour les médicaments. Ces cibles comprennent les récepteurs, les canaux ioniques, les enzymes et les systèmes de transport. Récemment, outre la membrane, les gènes cachés dans le noyau cellulaire sont également devenus des cibles pour les médicaments.
Vidéo:Introduction à la biophysique de la membrane cellulaire : Structure membranaire 1 (Vladimirov Yu.A.)
Vidéo:Histoire, structure et fonctions de la membrane cellulaire : Structure membranaire 2 (Vladimirov Yu.A.)
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Membrane cellulaire- c'est la membrane cellulaire qui remplit les fonctions suivantes : séparation du contenu de la cellule et du milieu extérieur, transport sélectif de substances (échange avec le milieu extérieur à la cellule), lieu de certaines réactions biochimiques, union des cellules dans les mouchoirs et la réception.
Les membranes cellulaires sont divisées en plasma (intracellulaire) et externe. La principale propriété de toute membrane est la semi-perméabilité, c'est-à-dire la capacité de laisser passer uniquement certaines substances. Cela permet un échange sélectif entre la cellule et l’environnement extérieur ou un échange entre compartiments cellulaires.
Les membranes plasmiques sont des structures lipoprotéiques. Les lipides forment spontanément une bicouche (double couche) dans laquelle les protéines membranaires « flottent ». Les membranes contiennent plusieurs milliers de protéines différentes : structurelles, transporteuses, enzymes, etc. Entre les molécules protéiques se trouvent des pores à travers lesquels passent les substances hydrophiles (la bicouche lipidique empêche leur pénétration directe dans la cellule). Des groupes glycosyle (monosaccharides et polysaccharides) sont attachés à certaines molécules à la surface de la membrane, qui participent au processus de reconnaissance cellulaire lors de la formation des tissus.
L'épaisseur des membranes varie, allant généralement de 5 à 10 nm. L'épaisseur est déterminée par la taille de la molécule lipidique amphiphile et est de 5,3 nm. Une augmentation supplémentaire de l’épaisseur de la membrane est due à la taille des complexes protéiques membranaires. En fonction des conditions extérieures (le cholestérol est le régulateur), la structure de la bicouche peut changer pour devenir plus dense ou plus liquide - la vitesse de déplacement des substances le long des membranes en dépend.
Les membranes cellulaires comprennent : la membrane plasmique, le caryolemme, les membranes du réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les lysosomes, les peroxysomes, les mitochondries, les inclusions, etc.
Les lipides sont insolubles dans l'eau (hydrophobie), mais facilement solubles dans les solvants organiques et les graisses (lipophile). La composition des lipides des différentes membranes n’est pas la même. Par exemple, la membrane plasmique contient beaucoup de cholestérol. Les lipides les plus courants dans la membrane sont les phospholipides (glycérophosphatides), les sphingomyélines (sphingolipides), les glycolipides et le cholestérol.
Les phospholipides, les sphingomyélines, les glycolipides sont constitués de deux parties fonctionnellement différentes : une partie hydrophobe non polaire, qui ne porte pas de charges - des « queues » constituées d'acides gras, et une partie hydrophile contenant des « têtes » polaires chargées - des groupes alcool (par exemple, glycérol).
La partie hydrophobe de la molécule est généralement constituée de deux acides gras. L'un des acides est saturé et le second est insaturé. Cela détermine la capacité des lipides à former spontanément des structures membranaires bicouches (bilipides). Les lipides membranaires remplissent les fonctions suivantes : barrière, transport, microenvironnement protéique, résistance électrique de la membrane.
Les membranes diffèrent les unes des autres par leur ensemble de molécules protéiques. De nombreuses protéines membranaires sont constituées de régions riches en acides aminés polaires (porteurs de charge) et de régions contenant des acides aminés non polaires (glycine, alanine, valine, leucine). Ces protéines dans les couches lipidiques des membranes sont situées de telle sorte que leurs sections non polaires sont pour ainsi dire immergées dans la partie « grasse » de la membrane, où se trouvent les sections hydrophobes des lipides. La partie polaire (hydrophile) de ces protéines interagit avec les têtes lipidiques et fait face à la phase aqueuse.
Les membranes biologiques ont des propriétés communes:
les membranes sont des systèmes fermés qui ne permettent pas au contenu de la cellule et de ses compartiments de se mélanger. La violation de l'intégrité de la membrane peut entraîner la mort cellulaire ;
mobilité superficielle (planaire, latérale). Dans les membranes, il y a un mouvement continu de substances à travers la surface ;
asymétrie membranaire. La structure des couches externes et superficielles est chimiquement, structurellement et fonctionnellement hétérogène.
