Structure et fonctions de la membrane cellulaire externe brièvement. Les conclusions les plus importantes sur la structure et les fonctions des membranes cellulaires

La membrane cellulaire (membrane plasmique) est une fine membrane semi-perméable qui entoure les cellules.

Fonction et rôle de la membrane cellulaire

Sa fonction est de protéger l’intégrité de l’intérieur en permettant à certaines substances essentielles d’entrer dans la cellule et en empêchant d’autres d’y pénétrer.

Il sert également de base à l’attachement à certains organismes et à d’autres. Ainsi, la membrane plasmique donne également la forme à la cellule. Une autre fonction de la membrane est de réguler la croissance cellulaire grâce à l'équilibre et.

Lors de l'endocytose, les lipides et les protéines sont éliminés de la membrane cellulaire au fur et à mesure que les substances sont absorbées. Au cours de l'exocytose, les vésicules contenant des lipides et des protéines fusionnent avec la membrane cellulaire, augmentant ainsi la taille des cellules. , et les cellules fongiques ont des membranes plasmiques. Les internes, par exemple, sont également enfermés dans des membranes protectrices.

Structure de la membrane cellulaire

La membrane plasmique est principalement composée d'un mélange de protéines et de lipides. Selon l'emplacement et le rôle de la membrane dans le corps, les lipides peuvent constituer 20 à 80 pour cent de la membrane, le reste étant constitué de protéines. Alors que les lipides contribuent à donner de la flexibilité à la membrane, les protéines contrôlent et maintiennent la chimie cellulaire et aident au transport des molécules à travers la membrane.

Lipides membranaires

Les phospholipides sont le principal composant des membranes plasmiques. Ils forment une bicouche lipidique dans laquelle les régions de tête hydrophiles (attirées par l'eau) s'organisent spontanément pour faire face au cytosol aqueux et au liquide extracellulaire, tandis que les régions de queue hydrophobes (repoussées par l'eau) font face au cytosol et au liquide extracellulaire. La bicouche lipidique est semi-perméable, permettant seulement à certaines molécules de diffuser à travers la membrane.

Le cholestérol est un autre composant lipidique des membranes des cellules animales. Les molécules de cholestérol sont dispersées sélectivement entre les phospholipides membranaires. Cela permet de maintenir la rigidité des membranes cellulaires en empêchant les phospholipides de devenir trop denses. Le cholestérol est absent des membranes des cellules végétales.

Les glycolipides sont situés sur la surface externe des membranes cellulaires et y sont reliés par une chaîne glucidique. Ils aident la cellule à reconnaître d’autres cellules du corps.

Protéines membranaires

La membrane cellulaire contient deux types de protéines associées. Les protéines de la membrane périphérique sont externes et s'y associent en interagissant avec d'autres protéines. Les protéines membranaires intégrales sont introduites dans la membrane et la plupart la traversent. Des parties de ces protéines transmembranaires sont situées des deux côtés de celle-ci.

Les protéines de la membrane plasmique ont de nombreuses fonctions différentes. Les protéines structurelles fournissent soutien et forme aux cellules. Les protéines des récepteurs membranaires aident les cellules à communiquer avec leur environnement externe à l’aide d’hormones, de neurotransmetteurs et d’autres molécules de signalisation. Les protéines de transport, telles que les protéines globulaires, transportent les molécules à travers les membranes cellulaires par diffusion facilitée. Les glycoprotéines sont reliées à une chaîne glucidique. Ils sont intégrés dans la membrane cellulaire, contribuant à l’échange et au transport des molécules.

Membranes organites

Certains organites cellulaires sont également entourés de membranes protectrices. Cœur,

Membrane cellulaire

Image d'une membrane cellulaire. Les petites boules bleues et blanches correspondent aux « têtes » hydrophobes des phospholipides, et les lignes qui leur sont attachées correspondent aux « queues » hydrophiles. La figure ne montre que les protéines membranaires intégrales (globules rouges et hélices jaunes). Points ovales jaunes à l'intérieur de la membrane - molécules de cholestérol Chaînes de billes jaune-vert à l'extérieur de la membrane - chaînes d'oligosaccharides formant le glycocalyx

Une membrane biologique comprend également diverses protéines : intégrale (pénétrant à travers la membrane), semi-intégrale (immergée à une extrémité dans la couche lipidique externe ou interne), de surface (située sur les faces externes ou adjacentes aux faces internes de la membrane). Certaines protéines sont les points de contact entre la membrane cellulaire et le cytosquelette à l’intérieur de la cellule, et la paroi cellulaire (s’il y en a une) à l’extérieur. Certaines des protéines intégrales fonctionnent comme des canaux ioniques, divers transporteurs et récepteurs.

Les fonctions

• barrière - assure un métabolisme régulé, sélectif, passif et actif avec l'environnement. Par exemple, la membrane des peroxysomes protège le cytoplasme des peroxydes dangereux pour la cellule. La perméabilité sélective signifie que la perméabilité d'une membrane à différents atomes ou molécules dépend de leur taille, de leur charge électrique et de leurs propriétés chimiques. La perméabilité sélective garantit que la cellule et les compartiments cellulaires sont séparés de l'environnement et alimentés en substances nécessaires.
• transport - le transport de substances vers et hors de la cellule s'effectue à travers la membrane. Le transport à travers les membranes assure : l'apport de nutriments, l'élimination des produits métaboliques finaux, la sécrétion de diverses substances, la création de gradients ioniques, le maintien de concentrations ioniques optimales dans la cellule, nécessaires au fonctionnement des enzymes cellulaires.
  Particules qui, pour une raison quelconque, ne peuvent pas traverser la bicouche phospholipidique (par exemple, en raison de leurs propriétés hydrophiles, car la membrane à l'intérieur est hydrophobe et ne laisse pas passer les substances hydrophiles, ou en raison de leur grande taille), mais nécessaires à la cellule , peut pénétrer dans la membrane via des protéines porteuses spéciales (transporteurs) et des protéines canaux ou par endocytose.
  Dans le transport passif, les substances traversent la bicouche lipidique sans dépenser d'énergie le long d'un gradient de concentration par diffusion. Une variante de ce mécanisme est la diffusion facilitée, dans laquelle une molécule spécifique aide une substance à traverser la membrane. Cette molécule peut avoir un canal qui ne laisse passer qu’un seul type de substance.
  Le transport actif nécessite de l’énergie car il se produit contre un gradient de concentration. Il existe des protéines de pompe spéciales sur la membrane, notamment l'ATPase, qui pompent activement les ions potassium (K+) dans la cellule et en expulsent les ions sodium (Na+).
• matrice - assure une certaine position relative et orientation des protéines membranaires, leur interaction optimale.
• mécanique - assure l'autonomie de la cellule, ses structures intracellulaires, ainsi que la connexion avec d'autres cellules (dans les tissus). Les parois cellulaires jouent un rôle majeur pour assurer la fonction mécanique et, chez les animaux, la substance intercellulaire.
• énergie - lors de la photosynthèse dans les chloroplastes et de la respiration cellulaire dans les mitochondries, des systèmes de transfert d'énergie opèrent dans leurs membranes, auxquels participent également les protéines ;
• récepteur - certaines protéines situées dans la membrane sont des récepteurs (molécules à l'aide desquelles la cellule perçoit certains signaux).
  Par exemple, les hormones circulant dans le sang n’agissent que sur les cellules cibles qui possèdent des récepteurs correspondant à ces hormones. Les neurotransmetteurs (substances chimiques qui assurent la conduction de l'influx nerveux) se lient également à des protéines réceptrices spéciales dans les cellules cibles.
• enzymatique - les protéines membranaires sont souvent des enzymes. Par exemple, les membranes plasmiques des cellules épithéliales intestinales contiennent des enzymes digestives.
• mise en œuvre de la génération et de la conduction de biopotentiels.
  Grâce à la membrane, une concentration constante d'ions est maintenue dans la cellule : la concentration de l'ion K+ à l'intérieur de la cellule est beaucoup plus élevée qu'à l'extérieur, et la concentration de Na+ est beaucoup plus faible, ce qui est très important, car cela garantit le maintien de la différence de potentiel sur la membrane et la génération d'un influx nerveux.
• marquage cellulaire - il y a des antigènes sur la membrane qui agissent comme des marqueurs - des « étiquettes » qui permettent d'identifier la cellule. Ce sont des glycoprotéines (c’est-à-dire des protéines auxquelles sont attachées des chaînes latérales oligosaccharidiques ramifiées) qui jouent le rôle d’« antennes ». En raison de la myriade de configurations de chaînes latérales, il est possible de créer un marqueur spécifique pour chaque type de cellule. À l’aide de marqueurs, les cellules peuvent reconnaître d’autres cellules et agir de concert avec elles, par exemple dans la formation d’organes et de tissus. Cela permet également au système immunitaire de reconnaître les antigènes étrangers.

Structure et composition des biomembranes

Les membranes sont composées de trois classes de lipides : les phospholipides, les glycolipides et le cholestérol. Les phospholipides et les glycolipides (lipides auxquels sont attachés des glucides) sont constitués de deux longues queues d'hydrocarbures hydrophobes reliées à une tête hydrophile chargée. Le cholestérol donne de la rigidité à la membrane en occupant l'espace libre entre les queues hydrophobes des lipides et en les empêchant de se plier. Ainsi, les membranes à faible teneur en cholestérol sont plus souples, et celles à forte teneur en cholestérol sont plus rigides et fragiles. Le cholestérol sert également de « bouchon » qui empêche le mouvement des molécules polaires de la cellule vers la cellule. Une partie importante de la membrane est constituée de protéines qui la pénètrent et sont responsables des diverses propriétés des membranes. Leur composition et leur orientation diffèrent selon les membranes.

Les membranes cellulaires sont souvent asymétriques, c'est-à-dire que les couches diffèrent par leur composition lipidique, la transition d'une molécule individuelle d'une couche à l'autre (ce qu'on appelle tongues) est difficile.

Organites membranaires

Ce sont des sections fermées simples ou interconnectées du cytoplasme, séparées du hyaloplasme par des membranes. Les organites monomembranaires comprennent le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les lysosomes, les vacuoles, les peroxysomes ; aux doubles membranes - noyau, mitochondries, plastes. La structure des membranes de divers organites diffère par la composition des lipides et des protéines membranaires.

Perméabilité sélective

Les membranes cellulaires ont une perméabilité sélective : le glucose, les acides aminés, les acides gras, le glycérol et les ions se diffusent lentement à travers elles, et les membranes elles-mêmes, dans une certaine mesure, régulent activement ce processus - certaines substances les traversent, mais d'autres non. Il existe quatre mécanismes principaux pour l'entrée de substances dans la cellule ou leur élimination de la cellule vers l'extérieur : la diffusion, l'osmose, le transport actif et l'exo- ou l'endocytose. Les deux premiers processus sont de nature passive, c'est-à-dire qu'ils ne nécessitent pas de dépense énergétique ; les deux derniers sont des processus actifs associés à la consommation d'énergie.

La perméabilité sélective de la membrane lors du transport passif est due à des canaux spéciaux - les protéines intégrales. Ils pénètrent de part en part dans la membrane, formant une sorte de passage. Les éléments K, Na et Cl possèdent leurs propres canaux. Par rapport au gradient de concentration, les molécules de ces éléments entrent et sortent de la cellule. Lorsqu'ils sont irrités, les canaux ioniques sodium s'ouvrent et un afflux soudain d'ions sodium dans la cellule se produit. Dans ce cas, un déséquilibre du potentiel membranaire se produit. Après quoi le potentiel membranaire est restauré. Les canaux potassiques sont toujours ouverts, permettant aux ions potassium de pénétrer lentement dans la cellule.

voir également

Littérature

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L'extérieur de la cellule est recouvert d'une membrane plasmique (ou membrane cellulaire externe) d'environ 6 à 10 nm d'épaisseur.

La membrane cellulaire est un film dense de protéines et de lipides (principalement des phospholipides). Les molécules lipidiques sont disposées de manière ordonnée - perpendiculairement à la surface, en deux couches, de sorte que leurs parties qui interagissent intensément avec l'eau (hydrophiles) soient dirigées vers l'extérieur et que leurs parties inertes vis-à-vis de l'eau (hydrophobes) soient dirigées vers l'intérieur.

Les molécules de protéines sont situées dans une couche non continue à la surface de la structure lipidique des deux côtés. Certains d’entre eux plongent dans la couche lipidique, d’autres la traversent, formant des zones perméables à l’eau. Ces protéines remplissent diverses fonctions - certaines d'entre elles sont des enzymes, d'autres sont des protéines de transport impliquées dans le transfert de certaines substances de l'environnement vers le cytoplasme et dans le sens opposé.

Fonctions de base de la membrane cellulaire

L'une des principales propriétés des membranes biologiques est la perméabilité sélective (semi-perméabilité)- certaines substances les traversent difficilement, d'autres facilement et même vers des concentrations plus élevées Ainsi, pour la plupart des cellules, la concentration en ions Na à l'intérieur est nettement inférieure à celle de l'environnement. La relation inverse est typique pour les ions K : leur concentration à l'intérieur de la cellule est plus élevée qu'à l'extérieur. Par conséquent, les ions Na ont toujours tendance à pénétrer dans la cellule et les ions K ont toujours tendance à en sortir. L'égalisation des concentrations de ces ions est empêchée par la présence dans la membrane d'un système spécial qui joue le rôle d'une pompe, qui pompe les ions Na hors de la cellule et pompe simultanément les ions K à l'intérieur.

La tendance des ions Na à se déplacer de l’extérieur vers l’intérieur est utilisée pour transporter les sucres et les acides aminés dans la cellule. Avec l'élimination active des ions Na de la cellule, des conditions sont créées pour l'entrée de glucose et d'acides aminés dans celle-ci.

Dans de nombreuses cellules, les substances sont également absorbées par phagocytose et pinocytose. À phagocytose la membrane externe flexible forme une petite dépression dans laquelle tombe la particule capturée. Cet évidement s'agrandit et, entourée d'une section de la membrane externe, la particule est immergée dans le cytoplasme de la cellule. Le phénomène de phagocytose est caractéristique des amibes et de certains autres protozoaires, ainsi que des leucocytes (phagocytes). Les cellules absorbent de la même manière les liquides contenant les substances nécessaires à la cellule. Ce phénomène a été appelé pinocytose.

Les membranes externes des différentes cellules diffèrent considérablement à la fois par la composition chimique de leurs protéines et lipides et par leur contenu relatif. Ce sont ces caractéristiques qui déterminent la diversité de l'activité physiologique des membranes de diverses cellules et leur rôle dans la vie des cellules et des tissus.

Le réticulum endoplasmique de la cellule est relié à la membrane externe. A l'aide des membranes externes, différents types de contacts intercellulaires sont réalisés, c'est-à-dire communication entre les cellules individuelles.

De nombreux types de cellules se caractérisent par la présence à leur surface d'un grand nombre de saillies, de plis et de microvillosités. Ils contribuent à la fois à une augmentation significative de la surface cellulaire et à une amélioration du métabolisme, ainsi qu’à des connexions plus fortes entre les cellules individuelles.

Les cellules végétales ont des membranes épaisses à l'extérieur de la membrane cellulaire, clairement visibles au microscope optique, constituées de fibres (cellulose). Ils créent un support solide pour les tissus végétaux (bois).

Certaines cellules animales possèdent également un certain nombre de structures externes situées au-dessus de la membrane cellulaire et ont un caractère protecteur. Un exemple est la chitine des cellules tégumentaires des insectes.

Fonctions de la membrane cellulaire (brièvement)

La membrane est une structure ultrafine qui forme la surface des organites et de la cellule dans son ensemble. Toutes les membranes ont une structure similaire et sont reliées en un seul système.

Composition chimique

Les membranes cellulaires sont chimiquement homogènes et sont constituées de protéines et de lipides de différents groupes :

• les phospholipides ;
• les galactolipides ;
• sulfolipides.

Ils contiennent également des acides nucléiques, des polysaccharides et d'autres substances.

Propriétés physiques

À des températures normales, les membranes sont dans un état cristallin liquide et fluctuent constamment. Leur viscosité est proche de celle de l'huile végétale.

La membrane est récupérable, durable, élastique et poreuse. L'épaisseur de la membrane est de 7 à 14 nm.

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La membrane est imperméable aux grosses molécules. Les petites molécules et les ions peuvent traverser les pores et la membrane elle-même sous l'influence des différences de concentration sur les différents côtés de la membrane, ainsi qu'avec l'aide de protéines de transport.

Modèle

Généralement, la structure des membranes est décrite à l’aide d’un modèle de mosaïque fluide. La membrane a une charpente - deux rangées de molécules lipidiques, étroitement adjacentes les unes aux autres, comme des briques.

Riz. 1. Membrane biologique de type sandwich.

Des deux côtés, la surface des lipides est recouverte de protéines. Le motif en mosaïque est formé de molécules de protéines inégalement réparties à la surface de la membrane.

Selon le degré d'immersion dans la couche bilipidique, les molécules de protéines sont divisées en trois groupes :

• transmembranaire;
• submergé;
• superficiel.

Les protéines fournissent la propriété principale de la membrane : sa perméabilité sélective à diverses substances.

Types de membranes

Toutes les membranes cellulaires selon leur localisation peuvent être divisées en les types suivants :

• externe;
• nucléaire;
• membranes organites.

La membrane cytoplasmique externe, ou plasmolemme, constitue la limite de la cellule. En connexion avec les éléments du cytosquelette, il conserve sa forme et sa taille.

Riz. 2. Cytosquelette.

La membrane nucléaire, ou caryolemme, est la limite du contenu nucléaire. Il est constitué de deux membranes très similaires à la membrane extérieure. La membrane externe du noyau est reliée aux membranes du réticulum endoplasmique (RE) et, par les pores, à la membrane interne.

Les membranes ER pénètrent dans tout le cytoplasme, formant des surfaces sur lesquelles s'effectue la synthèse de diverses substances, notamment des protéines membranaires.

Membranes organites

La plupart des organites ont une structure membranaire.

Les murs sont construits à partir d'une seule membrane :

• Complexe de Golgi ;
• vacuoles;
• lysosomes

Les plastes et les mitochondries sont constitués de deux couches de membranes. Leur membrane externe est lisse et la membrane interne forme de nombreux plis.

Les caractéristiques des membranes photosynthétiques des chloroplastes sont des molécules de chlorophylle intégrées.

Les cellules animales ont une couche de glucides à la surface de leur membrane externe appelée glycocalyx.

Riz. 3. Glycocalyx.

Le glycocalice est le plus développé dans les cellules de l'épithélium intestinal, où il crée les conditions de digestion et protège le plasmalemme.

Tableau "Structure de la membrane cellulaire"

Qu'avons-nous appris ?

Nous avons examiné la structure et les fonctions de la membrane cellulaire. La membrane est une barrière sélective (sélective) de la cellule, du noyau et des organites. La structure de la membrane cellulaire est décrite par le modèle de mosaïque fluide. Selon ce modèle, les molécules de protéines sont intégrées dans la bicouche de lipides visqueux.

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Parmi On distingue les principales fonctions de la membrane cellulaire : barrière, transport, enzymatique et réceptrice.. La membrane cellulaire (biologique) (également connue sous le nom de plasmalemme, membrane plasmatique ou cytoplasmique) protège le contenu de la cellule ou de ses organites de l'environnement, offre une perméabilité sélective aux substances, aux enzymes qui s'y trouvent, ainsi qu'aux molécules qui peuvent « attraper » divers signaux chimiques et physiques.

Cette fonctionnalité est assurée par la structure particulière de la membrane cellulaire.

Dans l'évolution de la vie sur Terre, une cellule ne pouvait généralement se former qu'après l'apparition d'une membrane qui séparait et stabilisait le contenu interne et empêchait celui-ci de se désintégrer.

En termes de maintien de l'homéostasie (autorégulation de la relative constance du milieu interne) la fonction barrière de la membrane cellulaire est étroitement liée au transport.

Les petites molécules sont capables de traverser le plasmalemme sans aucun « assistant », le long d’un gradient de concentration, c’est-à-dire d’une zone à forte concentration d’une substance donnée vers une zone à faible concentration. C'est le cas par exemple des gaz impliqués dans la respiration. L'oxygène et le dioxyde de carbone diffusent à travers la membrane cellulaire dans la direction où leur concentration est actuellement la plus faible.

Étant donné que la membrane est principalement hydrophobe (en raison de la double couche lipidique), les molécules polaires (hydrophiles), même les plus petites, ne peuvent souvent pas la traverser. Par conséquent, un certain nombre de protéines membranaires agissent comme porteuses de ces molécules, se liant à elles et les transportant à travers le plasmalemme.

Les protéines intégrales (perméables à la membrane) fonctionnent souvent sur le principe de l'ouverture et de la fermeture des canaux. Lorsqu’une molécule s’approche d’une telle protéine, elle s’y lie et le canal s’ouvre. Cette substance ou une autre passe par le canal protéique, après quoi sa conformation change, et le canal se ferme vers cette substance, mais peut s'ouvrir pour permettre le passage d'une autre. La pompe sodium-potassium fonctionne sur ce principe, pompant des ions potassium dans la cellule et en pompant des ions sodium hors de celle-ci.

Fonction enzymatique de la membrane cellulaire dans une plus large mesure réalisé sur les membranes des organites cellulaires. La plupart des protéines synthétisées dans la cellule remplissent une fonction enzymatique. « Assis » sur la membrane dans un certain ordre, ils organisent un convoyeur lorsque le produit de réaction catalysé par une protéine enzymatique passe à la suivante. Ce « convoyeur » est stabilisé par les protéines de surface du plasmalemme.

Malgré l'universalité de la structure de toutes les membranes biologiques (elles sont construites selon un principe unique, elles sont presque identiques dans tous les organismes et dans différentes structures cellulaires membranaires), leur composition chimique peut encore différer. Il y en a plus de liquides et de plus solides, certains contiennent plus de certaines protéines, d'autres en ont moins. De plus, les différentes faces (intérieure et extérieure) d’une même membrane diffèrent également.

La membrane qui entoure la cellule (cytoplasmique) à l'extérieur comporte de nombreuses chaînes glucidiques attachées à des lipides ou des protéines (entraînant la formation de glycolipides et de glycoprotéines). Beaucoup de ces glucides servent fonction du récepteur, étant sensible à certaines hormones, détectant les changements dans les indicateurs physiques et chimiques de l'environnement.

Si, par exemple, une hormone se connecte à son récepteur cellulaire, alors la partie glucidique de la molécule réceptrice change de structure, suivie d'un changement dans la structure de la partie protéique associée qui pénètre dans la membrane. À l'étape suivante, diverses réactions biochimiques sont déclenchées ou suspendues dans la cellule, c'est-à-dire que son métabolisme change et qu'une réponse cellulaire au « stimulus » commence.

Outre les quatre fonctions énumérées de la membrane cellulaire, on en distingue également d'autres : matrice, énergie, marquage, formation de contacts intercellulaires, etc. Elles peuvent cependant être considérées comme des « sous-fonctions » de celles déjà considérées.