Structure de la membrane cellulaire. Membrane cellulaire

Membrane cellulaire - structure moléculaire composée de lipides et de protéines. Ses principales propriétés et fonctions :

• séparation du contenu de toute cellule de l'environnement extérieur, garantissant son intégrité ;
• contrôle et mise en place des échanges entre l'environnement et la cellule ;
• les membranes intracellulaires divisent la cellule en compartiments spéciaux : organites ou compartiments.

Le mot « membrane » en latin signifie « film ». Si nous parlons de membrane cellulaire, il s'agit alors d'une combinaison de deux films ayant des propriétés différentes.

La membrane biologique comprend trois types de protéines :

1. Périphérique – situé à la surface du film ;
2. Intégral – pénètre complètement dans la membrane ;
3. Semi-intégral - une extrémité pénètre dans la couche bilipide.

Quelles fonctions remplit la membrane cellulaire ?

1. La paroi cellulaire est une membrane cellulaire durable située à l’extérieur de la membrane cytoplasmique. Il remplit des fonctions de protection, de transport et de structure. Présent dans de nombreuses plantes, bactéries, champignons et archées.

2. Fournit une fonction de barrière, c'est-à-dire un métabolisme sélectif, régulé, actif et passif avec l'environnement extérieur.

3. Capable de transmettre et de stocker des informations, et participe également au processus de reproduction.

4. Remplit une fonction de transport qui peut transporter des substances vers et hors de la cellule à travers la membrane.

5. La membrane cellulaire a une conductivité unidirectionnelle. Grâce à cela, les molécules d'eau peuvent traverser la membrane cellulaire sans délai et les molécules d'autres substances y pénètrent de manière sélective.

6. À l'aide de la membrane cellulaire, l'eau, l'oxygène et les nutriments sont obtenus et les produits du métabolisme cellulaire sont éliminés.

7. Effectue le métabolisme cellulaire à travers les membranes et peut les réaliser en utilisant 3 principaux types de réactions : pinocytose, phagocytose, exocytose.

8. La membrane assure la spécificité des contacts intercellulaires.

9. La membrane contient de nombreux récepteurs capables de percevoir des signaux chimiques - médiateurs, hormones et de nombreuses autres substances biologiques actives. Il a donc le pouvoir de modifier l’activité métabolique de la cellule.

10. Propriétés et fonctions de base de la membrane cellulaire :

• Matrice
• Barrière
• Transport
• Énergie
• Mécanique
• Enzymatique
• Récepteur
• Protecteur
• Marquage
• Biopotentiel

Quelle fonction remplit la membrane plasmique dans une cellule ?

1. Délimite le contenu de la cellule ;
2. Effectue l'entrée de substances dans la cellule ;
3. Fournit l'élimination d'un certain nombre de substances de la cellule.

Structure de la membrane cellulaire

Membranes cellulaires comprennent des lipides de 3 classes :

• Glycolipides ;
• Phospholipides ;
• Cholestérol.

Fondamentalement, la membrane cellulaire est constituée de protéines et de lipides et a une épaisseur ne dépassant pas 11 nm. De 40 à 90 % de tous les lipides sont des phospholipides. Il est également important de noter les glycolipides, qui sont l'un des principaux composants de la membrane.

La structure de la membrane cellulaire est à trois couches. Au centre se trouve une couche bilipidique liquide homogène et des protéines la recouvrent des deux côtés (comme une mosaïque), pénétrant partiellement dans l'épaisseur. Les protéines sont également nécessaires à la membrane pour permettre à des substances spéciales d'entrer et de sortir des cellules qui ne peuvent pas pénétrer dans la couche adipeuse. Par exemple, les ions sodium et potassium.

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Structure cellulaire - vidéo

La nature a créé de nombreux organismes et cellules, mais malgré cela, la structure et la plupart des fonctions des membranes biologiques sont les mêmes, ce qui permet d'examiner leur structure et d'étudier leurs propriétés clés sans être liées à un type de cellule spécifique.

Qu'est-ce qu'une membrane ?

Les membranes sont un élément protecteur qui fait partie intégrante de la cellule de tout organisme vivant.

L'unité structurelle et fonctionnelle de tous les organismes vivants de la planète est la cellule. Son activité vitale est inextricablement liée à l'environnement avec lequel il échange de l'énergie, des informations et de la matière. Ainsi, l’énergie nutritionnelle nécessaire au fonctionnement de la cellule provient de l’extérieur et est dépensée pour ses différentes fonctions.

La structure de l'unité structurelle la plus simple d'un organisme vivant : membrane organite, diverses inclusions. Il est entouré d'une membrane à l'intérieur de laquelle se trouvent le noyau et tous les organites. Ce sont les mitochondries, les lysosomes, les ribosomes, le réticulum endoplasmique. Chaque élément structurel possède sa propre membrane.

Rôle dans l'activité cellulaire

La membrane biologique joue un rôle central dans la structure et le fonctionnement d’un système vivant élémentaire. Seule une cellule entourée d'une coque protectrice peut à juste titre être qualifiée d'organisme. Un processus tel que le métabolisme est également réalisé grâce à la présence d'une membrane. Si son intégrité structurelle est perturbée, cela entraîne une modification de l'état fonctionnel du corps dans son ensemble.

La membrane cellulaire et ses fonctions

Il sépare le cytoplasme de la cellule du milieu extérieur ou de la membrane. La membrane cellulaire assure le bon fonctionnement de fonctions spécifiques, la spécificité des contacts intercellulaires et des manifestations immunitaires, et maintient la différence transmembranaire de potentiel électrique. Il contient des récepteurs capables de percevoir des signaux chimiques - hormones, médiateurs et autres composants biologiques actifs. Ces récepteurs lui confèrent une autre capacité : modifier l'activité métabolique de la cellule.

Fonctions des membranes :

1. Transfert actif de substances.

2. Transfert passif de substances :

2.1. La diffusion est simple.

2.2. Transférer à travers les pores.

2.3. Transport réalisé par diffusion d'un support avec une substance membranaire ou par relais d'une substance le long de la chaîne moléculaire du support.

3. Transfert de non-électrolytes grâce à une diffusion simple et facilitée.

Structure de la membrane cellulaire

Les composants de la membrane cellulaire sont les lipides et les protéines.

Lipides : phospholipides, phosphatidyléthanolamine, sphingomyéline, phosphatidylinositol et phosphatidylsérine, glycolipides. La proportion de lipides est de 40 à 90 %.

Protéines : périphériques, intégrales (glycoprotéines), spectrine, actine, cytosquelette.

L'élément structurel principal est une double couche de molécules phospholipidiques.

Membrane de toiture : définition et typologie

Quelques statistiques. Sur le territoire de la Fédération de Russie, la membrane est utilisée depuis peu comme matériau de toiture. La part des toitures à membrane sur le nombre total de dalles de toiture souples n'est que de 1,5 %. Les toitures en bitume et en mastic sont devenues plus répandues en Russie. Mais en Europe occidentale, la part des toitures à membrane est de 87 %. La différence est notable.

En règle générale, la membrane en tant que matériau principal lors du revêtement du toit est idéale pour les toits plats. Pour ceux qui ont une forte pente, c'est moins adapté.

Les volumes de production et de vente de toitures à membrane sur le marché intérieur ont une tendance à la croissance positive. Pourquoi? Les raisons sont plus que claires :

• La durée de vie est d'environ 60 ans. Imaginez, seule la période de garantie d'utilisation, établie par le fabricant, atteint 20 ans.
• Facile à installer. A titre de comparaison : la pose d’une toiture en bitume prend 1,5 fois plus de temps que la pose d’une toiture à membrane.
• Facilité des travaux d'entretien et de réparation.

L'épaisseur des membranes de toiture peut être comprise entre 0,8 et 2 mm et le poids moyen d'un mètre carré est de 1,3 kg.

Propriétés des membranes de toiture :

• élasticité;
• force;
• résistance aux rayons ultraviolets et autres environnements agressifs;
• résistance au gel;
• résistance au feu.

Il existe trois types de membrane de toiture. La principale caractéristique de classification est le type de matériau polymère qui constitue la base de la toile. Ainsi, les membranes de toiture sont :

• appartenant au groupe EPDM, sont fabriqués à base de monomère éthylène-propylène-diène polymérisé, ou en termes simples, Avantages : haute résistance, élasticité, résistance à l'eau, respect de l'environnement, faible coût. Inconvénients : technologie adhésive pour assembler les tôles à l'aide d'un ruban spécial, faible résistance des joints. Champ d'application : utilisé comme matériau d'étanchéité pour les sols des tunnels, les sources d'eau, les installations de stockage de déchets, les réservoirs artificiels et naturels, etc.
• Membrane PVC. Ce sont des coques dans la production desquelles le chlorure de polyvinyle est utilisé comme matériau principal. Avantages : Résistance aux UV, résistance au feu, large gamme de couleurs de tissus membranaires. Inconvénients : faible résistance aux matériaux bitumineux, aux huiles, aux solvants ; libère des substances nocives dans l'atmosphère ; La couleur de la toile s'estompe avec le temps.
• TPO. Fabriqué à partir d'oléfines thermoplastiques. Ils peuvent être renforcés ou non. Les premiers sont équipés d'un treillis en polyester ou d'un tissu en fibre de verre. Avantages : respect de l'environnement, durabilité, haute élasticité, résistance à la température (à haute et basse température), joints soudés des coutures du tissu. Inconvénients : catégorie de prix élevée, manque de fabricants sur le marché intérieur.

Membrane profilée : caractéristiques, fonctions et avantages

Les membranes profilées sont une innovation sur le marché de la construction. Cette membrane est utilisée comme matériau d'étanchéité.

La substance utilisée dans la production est le polyéthylène. Ce dernier se décline en deux types : le polyéthylène haute densité (HDPE) et le polyéthylène basse densité (LDPE).

La membrane profilée en polyéthylène haute pression a une surface spéciale - des boutons creux. La hauteur de ces formations peut varier de 7 à 20 mm. La surface intérieure de la membrane est lisse. Cela permet de plier sans problème les matériaux de construction.

La modification de la forme des sections individuelles de la membrane est exclue, car la pression est répartie uniformément sur toute sa surface en raison de la présence des mêmes saillies. La géomembrane peut être utilisée comme isolant de ventilation. Dans ce cas, un échange thermique gratuit à l'intérieur du bâtiment est assuré.

Avantages des membranes profilées :

• force accrue;
• résistance à la chaleur;
• résistance aux influences chimiques et biologiques;
• longue durée de vie (plus de 50 ans);
• facilité d'installation et d'entretien;
• prix abordable.

Les membranes profilées se déclinent en trois types :

• avec tissu monocouche;
• avec tissu bicouche = géotextile + membrane drainante ;
• avec tissu triple couche = surface glissante + géotextile + membrane drainante.

Une membrane profilée monocouche est utilisée pour protéger l'étanchéité principale, la pose et le démontage de la préparation en béton des murs à forte humidité. Une couche protectrice à deux couches est utilisée lors de l'installation. Elle se compose de trois couches et est utilisée sur les sols sensibles au soulèvement dû au gel et sur les sols profonds.

Domaines d'utilisation des membranes de drainage

La membrane profilée trouve son application dans les domaines suivants :

1. Imperméabilisation de base de la fondation. Fournit une protection fiable contre l'influence destructrice des eaux souterraines, des systèmes racinaires des plantes, de l'affaissement du sol et des dommages mécaniques.
2. Drainage des murs de fondation. Neutralise les effets des eaux souterraines et des précipitations atmosphériques en les transportant vers les systèmes de drainage.
3. Type horizontal - protection contre la déformation due aux caractéristiques structurelles.
4. Analogue à la préparation du béton. Il est utilisé dans le cas de travaux de construction de bâtiments dans une zone de faibles eaux souterraines, dans les cas où une imperméabilisation horizontale est utilisée pour se protéger de l'humidité capillaire. De plus, les fonctions de la membrane profilée consistent notamment à empêcher le passage de la laitance de ciment dans le sol.
5. Ventilation des surfaces murales à taux d'humidité élevé. Peut être installé aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur de la pièce. Dans le premier cas, la circulation de l'air est activée et dans le second, une humidité et une température optimales sont assurées.
6. Toiture à inversion utilisée.

Membrane de superdiffusion

La membrane de superdiffusion est un matériau de nouvelle génération dont la fonction principale est de protéger les éléments de structure de toiture du vent, des précipitations et de la vapeur.

La production de matériaux de protection repose sur l'utilisation de substances non tissées, fibres denses de haute qualité. Les membranes à trois et quatre couches sont populaires sur le marché intérieur. Les avis d'experts et de consommateurs confirment que plus une structure repose sur un nombre de couches, plus ses fonctions de protection sont fortes et donc plus l'efficacité énergétique de la pièce dans son ensemble est élevée.

Selon le type de toiture, ses caractéristiques de conception et les conditions climatiques, les fabricants recommandent de privilégier l'un ou l'autre type de membrane de diffusion. Ainsi, ils existent pour les toits en pente de structures complexes et simples, pour les toits en pente avec une pente minimale, pour les toits avec revêtement de joints, etc.

La membrane de superdiffusion est posée directement sur la couche d'isolation thermique, le revêtement de sol constitué de planches. Il n'est pas nécessaire de prévoir un espace de ventilation. Le matériau est fixé avec des agrafes spéciales ou des clous en acier. Les bords des feuilles de diffusion sont joints ; les travaux peuvent être effectués même dans des conditions extrêmes : en cas de fortes rafales de vent, etc.

De plus, le revêtement en question peut être utilisé comme couverture temporaire de toiture.

Membranes PVC : essence et fonction

Les membranes PFC sont un matériau de toiture à base de polychlorure de vinyle et possèdent des propriétés élastiques. Un tel matériau de toiture moderne a complètement remplacé ses analogues en rouleaux de bitume, qui présentent un inconvénient important - la nécessité d'un entretien et d'une réparation systématiques. Aujourd'hui, les caractéristiques des membranes PVC permettent de les utiliser lors de travaux de réparation sur d'anciennes toitures plates. Ils sont également utilisés lors de l’installation de nouvelles toitures.

Une toiture faite de ce matériau est facile à utiliser et son installation peut se faire sur tout type de surface, à tout moment de l'année et dans toutes les conditions météorologiques. La membrane PVC possède les propriétés suivantes :

• force;
• stabilité lorsqu'il est exposé aux rayons UV, à divers types de précipitations, aux charges ponctuelles et superficielles.

C’est grâce à leurs propriétés uniques que les membranes PVC vous serviront fidèlement pendant de nombreuses années. La durée de vie d'un tel toit est égale à la durée de vie du bâtiment lui-même, tandis que les matériaux de toiture en rouleau nécessitent des réparations régulières et, dans certains cas, un démontage complet et l'installation d'un nouveau plancher.

Les feuilles de membrane en PVC sont reliées les unes aux autres par soudage à chaud, dont la température est comprise entre 400 et 600 degrés Celsius. Cette connexion est complètement étanche.

Avantages des membranes PVC

Leurs avantages sont évidents :

• flexibilité du système de toiture, qui convient le mieux au projet de construction ;
• couture de connexion durable et hermétique entre les feuilles de membrane ;
• tolérance idéale au changement climatique, aux conditions météorologiques, à la température, à l’humidité ;
• perméabilité à la vapeur accrue, qui favorise l'évaporation de l'humidité accumulée dans l'espace sous le toit ;
• de nombreuses options de couleurs ;
• propriétés au feu ;
• la capacité de conserver ses propriétés et son aspect d'origine pendant une longue période ;
• La membrane PVC est un matériau absolument respectueux de l'environnement, ce qui est confirmé par les certificats correspondants ;
• le processus d'installation est mécanisé, cela ne prendra donc pas beaucoup de temps ;
• les règles de fonctionnement permettent l'installation de divers ajouts architecturaux directement sur la toiture en membrane PVC elle-même ;
• l'installation monocouche vous fera économiser de l'argent ;
• facilité d'entretien et de réparation.

Tissu membranaire

Le tissu membranaire est connu depuis longtemps dans l'industrie textile. Les chaussures et les vêtements sont fabriqués à partir de cette matière : adultes et enfants. La membrane est la base du tissu membranaire, présenté sous la forme d'un mince film polymère et présentant des caractéristiques telles que l'imperméabilité et la perméabilité à la vapeur. Pour produire ce matériau, ce film est recouvert de couches protectrices externe et interne. Leur structure est déterminée par la membrane elle-même. Ceci est fait afin de préserver toutes les propriétés bénéfiques même en cas de dommages. En d'autres termes, les vêtements à membrane ne sont pas mouillés lorsqu'ils sont exposés aux précipitations sous forme de neige ou de pluie, mais en même temps, ils permettent parfaitement à la vapeur de passer du corps vers l'environnement extérieur. Ce débit permet à la peau de respirer.

Compte tenu de tout ce qui précède, nous pouvons conclure que les vêtements d'hiver idéaux sont fabriqués à partir d'un tel tissu. La membrane à la base du tissu peut être :

• avec des pores;
• sans pores;
• combiné.

Les membranes, dotées de nombreux micropores, contiennent du Téflon. Les dimensions de ces pores n'atteignent même pas les dimensions d'une goutte d'eau, mais sont plus grandes qu'une molécule d'eau, ce qui indique la résistance à l'eau et la capacité d'éliminer la sueur.

Les membranes sans pores sont généralement en polyuréthane. Leur couche interne concentre toutes les sécrétions de sueur et de graisse du corps humain et les expulse.

La structure de la membrane combinée implique la présence de deux couches : poreuse et lisse. Ce tissu présente des caractéristiques de haute qualité et durera de nombreuses années.

Grâce à ces avantages, les vêtements et les chaussures fabriqués à partir de tissus à membrane et destinés à être portés pendant la saison hivernale sont durables, mais légers et offrent une excellente protection contre le gel, l'humidité et la poussière. Ils sont tout simplement irremplaçables pour de nombreux types actifs de loisirs d'hiver et d'alpinisme.

Cytoplasme- une partie obligatoire de la cellule, enfermée entre la membrane plasmique et le noyau ; est divisé en hyaloplasme (la substance principale du cytoplasme), en organites (composants permanents du cytoplasme) et en inclusions (composants temporaires du cytoplasme). Composition chimique du cytoplasme : la base est de l'eau (60 à 90 % de la masse totale du cytoplasme), divers composés organiques et inorganiques. Le cytoplasme a une réaction alcaline. Une caractéristique du cytoplasme d'une cellule eucaryote est un mouvement constant ( cyclose). Il est détecté principalement par le mouvement des organites cellulaires, tels que les chloroplastes. Si le mouvement du cytoplasme s'arrête, la cellule meurt, car ce n'est qu'en étant en mouvement constant qu'elle peut remplir ses fonctions.

Hyaloplasme ( cytosol) est une solution colloïdale incolore, visqueuse, épaisse et transparente. C'est en lui que se déroulent tous les processus métaboliques, il assure l'interconnexion du noyau et de tous les organites. Selon la prédominance de la partie liquide ou des grosses molécules dans l'hyaloplasme, on distingue deux formes d'hyaloplasme : sol- plus de hyaloplasme liquide et gel- un hyaloplasme plus épais. Des transitions mutuelles sont possibles entre eux : le gel se transforme en sol et vice versa.

Fonctions du cytoplasme :

1. combinant tous les composants cellulaires en un seul système,
2. environnement pour le passage de nombreux processus biochimiques et physiologiques,
3. environnement pour l’existence et le fonctionnement des organites.

Membranes cellulaires

Membranes cellulaires limiter les cellules eucaryotes. Dans chaque membrane cellulaire, on distingue au moins deux couches. La couche interne est adjacente au cytoplasme et est représentée par membrane plasmique(synonymes - plasmalemme, membrane cellulaire, membrane cytoplasmique), sur laquelle se forme la couche externe. Dans une cellule animale, il est mince et s'appelle glycocalice(formé de glycoprotéines, glycolipides, lipoprotéines), dans une cellule végétale - épaisse, appelée paroi cellulaire(formé de cellulose).

Toutes les membranes biologiques ont des caractéristiques structurelles et des propriétés communes. Il est actuellement généralement admis modèle de mosaïque fluide de la structure de la membrane. La base de la membrane est une bicouche lipidique formée principalement de phospholipides. Les phospholipides sont des triglycérides dans lesquels un résidu d'acide gras est remplacé par un résidu d'acide phosphorique ; La section de la molécule contenant le résidu d'acide phosphorique est appelée tête hydrophile, les sections contenant les résidus d'acide gras sont appelées queues hydrophobes. Dans la membrane, les phospholipides sont disposés de manière strictement ordonnée : les queues hydrophobes des molécules se font face et les têtes hydrophiles sont tournées vers l'extérieur, vers l'eau.

En plus des lipides, la membrane contient des protéines (en moyenne ≈ 60 %). Ils déterminent la plupart des fonctions spécifiques de la membrane (transport de certaines molécules, catalyse des réactions, réception et conversion des signaux de l'environnement, etc.). Il y a : 1) protéines périphériques(situé sur la surface externe ou interne de la bicouche lipidique), 2) protéines semi-intégrales(immergé dans la bicouche lipidique à différentes profondeurs), 3) protéines intégrales ou transmembranaires(percer la membrane, en contactant à la fois l'environnement externe et interne de la cellule). Les protéines intégrales sont dans certains cas appelées protéines formatrices de canaux ou canaux, car elles peuvent être considérées comme des canaux hydrophiles par lesquels les molécules polaires passent dans la cellule (le composant lipidique de la membrane ne les laisserait pas passer).

A - tête phospholipidique hydrophile ; B - queues phospholipidiques hydrophobes ; 1 - régions hydrophobes des protéines E et F ; 2 — régions hydrophiles de la protéine F ; 3 - chaîne oligosaccharidique ramifiée attachée à un lipide dans une molécule glycolipidique (les glycolipides sont moins courants que les glycoprotéines) ; 4 - chaîne oligosaccharidique ramifiée attachée à une protéine dans une molécule glycoprotéique ; 5 - canal hydrophile (fonctionne comme un pore à travers lequel peuvent passer les ions et certaines molécules polaires).

La membrane peut contenir des glucides (jusqu'à 10 %). La composante glucidique des membranes est représentée par des chaînes d'oligosaccharides ou de polysaccharides associées à des molécules protéiques (glycoprotéines) ou lipidiques (glycolipides). Les glucides se trouvent principalement sur la surface externe de la membrane. Les glucides assurent les fonctions réceptrices de la membrane. Dans les cellules animales, les glycoprotéines forment un complexe supra-membranaire, le glycocalyx, qui mesure plusieurs dizaines de nanomètres d'épaisseur. Il contient de nombreux récepteurs cellulaires et, grâce à son aide, l'adhésion cellulaire se produit.

Les molécules de protéines, de glucides et de lipides sont mobiles, capables de se déplacer dans le plan de la membrane. L'épaisseur de la membrane plasmique est d'environ 7,5 nm.

Fonctions des membranes

Les membranes remplissent les fonctions suivantes :

1. séparation du contenu cellulaire de l'environnement extérieur,
2. régulation du métabolisme entre la cellule et l'environnement,
3. diviser la cellule en compartiments (« compartiments »),
4. lieu de localisation des « convoyeurs enzymatiques »,
5. assurer la communication entre les cellules dans les tissus des organismes multicellulaires (adhésion),
6. reconnaissance des signaux.

Le plus important propriété de la membrane— perméabilité sélective, c'est-à-dire les membranes sont très perméables à certaines substances ou molécules et peu perméables (ou complètement imperméables) à d’autres. Cette propriété est à la base de la fonction régulatrice des membranes, qui assure l'échange de substances entre la cellule et l'environnement extérieur. Le processus par lequel les substances traversent la membrane cellulaire est appelé transport de substances. Il y a : 1) transport passif- le processus de passage de substances sans consommation d'énergie ; 2) transports actifs- le processus de passage de substances qui se produit avec la dépense d'énergie.

À transport passif les substances se déplacent d'une zone de concentration plus élevée vers une zone de concentration plus faible, c'est-à-dire le long du gradient de concentration. Dans toute solution, il existe des molécules de solvant et de soluté. Le processus de déplacement des molécules de soluté est appelé diffusion et le mouvement des molécules de solvant est appelé osmose. Si la molécule est chargée, son transport est également affecté par le gradient électrique. Par conséquent, les gens parlent souvent d’un gradient électrochimique, combinant les deux gradients. La vitesse du transport dépend de l'ampleur de la pente.

On distingue les types de transports passifs suivants : 1) diffusion simple— transport de substances directement à travers la bicouche lipidique (oxygène, dioxyde de carbone) ; 2) diffusion à travers des canaux membranaires— transport à travers des protéines formant des canaux (Na +, K +, Ca 2+, Cl -) ; 3) diffusion facilitée- le transport de substances utilisant des protéines de transport spéciales, dont chacune est responsable du mouvement de certaines molécules ou groupes de molécules apparentées (glucose, acides aminés, nucléotides) ; 4) osmose— transport de molécules d'eau (dans tous les systèmes biologiques, le solvant est l'eau).

Nécessité transports actifs se produit lorsqu'il est nécessaire d'assurer le transport de molécules à travers une membrane contre un gradient électrochimique. Ce transport est réalisé par des protéines porteuses particulières dont l'activité nécessite une dépense énergétique. La source d'énergie est constituée de molécules d'ATP. Le transport actif comprend : 1) la pompe Na + /K + (pompe sodium-potassium), 2) l'endocytose, 3) l'exocytose.

Fonctionnement de la pompe Na + /K +. Pour un fonctionnement normal, la cellule doit maintenir un certain rapport d'ions K+ et Na+ dans le cytoplasme et dans l'environnement extérieur. La concentration de K + à l'intérieur de la cellule doit être nettement plus élevée qu'à l'extérieur, et Na + - vice versa. Il est à noter que Na+ et K+ peuvent diffuser librement à travers les pores de la membrane. La pompe Na + /K + contrecarre l'égalisation des concentrations de ces ions et pompe activement Na + hors de la cellule et K + dans la cellule. La pompe Na + /K + est une protéine transmembranaire capable de changements de conformation, grâce auxquels elle peut fixer à la fois K + et Na +. Le cycle de pompe Na + /K + peut être divisé en les phases suivantes : 1) ajout de Na + depuis l'intérieur de la membrane, 2) phosphorylation de la protéine pompe, 3) libération de Na + dans l'espace extracellulaire, 4) ajout de K+ depuis l'extérieur de la membrane, 5) déphosphorylation de la protéine pompe, 6) libération de K+ dans l'espace intracellulaire. Près d'un tiers de toute l'énergie nécessaire au fonctionnement des cellules est dépensée pour le fonctionnement de la pompe sodium-potassium. En un cycle de fonctionnement, la pompe pompe 3Na + de la cellule et pompe 2K +.

Endocytose- le processus d'absorption des grosses particules et macromolécules par la cellule. Il existe deux types d'endocytose : 1) phagocytose- capture et absorption de grosses particules (cellules, parties de cellules, macromolécules) et 2) pinocytose— capture et absorption de matière liquide (solution, solution colloïdale, suspension). Le phénomène de phagocytose a été découvert par I.I. Mechnikov en 1882. Au cours de l'endocytose, la membrane plasmique forme une invagination, ses bords fusionnent et les structures délimitées du cytoplasme par une seule membrane sont entrelacées dans le cytoplasme. De nombreux protozoaires et certains leucocytes sont capables de phagocytose. La pinocytose est observée dans les cellules épithéliales intestinales et dans l'endothélium des capillaires sanguins.

Exocytose- un processus inverse de l'endocytose : l'élimination de diverses substances de la cellule. Au cours de l'exocytose, la membrane de la vésicule fusionne avec la membrane cytoplasmique externe, le contenu de la vésicule est éliminé à l'extérieur de la cellule et sa membrane est incluse dans la membrane cytoplasmique externe. De cette manière, les hormones sont éliminées des cellules des glandes endocrines ; chez les protozoaires, les restes de nourriture non digérés sont éliminés.

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Tableau n°2

Question 1 (8)

Membrane cellulaire(ou cytolemme, ou plasmalemme, ou membrane plasmique) sépare le contenu de toute cellule de l'environnement extérieur, garantissant son intégrité ; régule les échanges entre la cellule et l'environnement ; les membranes intracellulaires divisent la cellule en compartiments fermés spécialisés - compartiments ou organites, dans lesquels certaines conditions environnementales sont maintenues.

Fonctions de la cellule ou de la membrane plasmique

La membrane apporte :

1) Pénétration sélective dans et hors de la cellule des molécules et des ions nécessaires pour remplir des fonctions cellulaires spécifiques ;
2) Transport sélectif des ions à travers la membrane, maintenant une différence de potentiel électrique transmembranaire ;
3) Spécificité des contacts intercellulaires.

En raison de la présence dans la membrane de nombreux récepteurs qui perçoivent les signaux chimiques - hormones, médiateurs et autres substances biologiquement actives, elle est capable de modifier l'activité métabolique de la cellule. Les membranes confèrent la spécificité des manifestations immunitaires en raison de la présence d'antigènes sur elles - des structures qui provoquent la formation d'anticorps capables de se lier spécifiquement à ces antigènes.
Le noyau et les organites de la cellule sont également séparés du cytoplasme par des membranes qui empêchent la libre circulation de l'eau et des substances qui y sont dissoutes du cytoplasme vers eux et vice versa. Cela crée des conditions propices à la séparation des processus biochimiques se produisant dans différents compartiments de la cellule.

Structure de la membrane cellulaire

Membrane cellulaire- structure élastique, épaisseur de 7 à 11 nm (Fig. 1.1). Il est constitué principalement de lipides et de protéines. De 40 à 90 % de tous les lipides sont des phospholipides - phosphatidylcholine, phosphatidyléthanolamine, phosphatidylsérine, sphingomyéline et phosphatidylinositol. Les glycolipides, représentés par les cérébrisides, les sulfatides, les gangliosides et le cholestérol, constituent un composant important de la membrane.

Structure de base de la membrane cellulaire est une double couche de molécules phospholipidiques. En raison des interactions hydrophobes, les chaînes glucidiques des molécules lipidiques sont maintenues les unes à côté des autres dans un état allongé. Des groupes de molécules phospholipidiques des deux couches interagissent avec des molécules protéiques immergées dans la membrane lipidique. Du fait que la plupart des composants lipidiques de la bicouche sont à l'état liquide, la membrane est mobile et effectue des mouvements ondulatoires. Ses sections, ainsi que les protéines immergées dans la bicouche lipidique, sont mélangées d'une partie à l'autre. La mobilité (fluidité) des membranes cellulaires facilite les processus de transport de substances à travers la membrane.

Protéines de la membrane cellulaire sont représentés principalement par des glycoprotéines.

Distinguer

protéines intégrales, pénétrant dans toute l'épaisseur de la membrane et

protéines périphériques, attaché uniquement à la surface de la membrane, principalement à sa partie interne.

Protéines périphériques presque tous fonctionnent comme des enzymes (acétylcholinestérase, phosphatases acides et alcalines, etc.). Mais certaines enzymes sont également représentées par des protéines intégrales - l'ATPase.

Protéines intégrales assurent un échange sélectif d'ions à travers les canaux membranaires entre les fluides extracellulaires et intracellulaires, et agissent également comme des protéines qui transportent de grosses molécules.

Les récepteurs membranaires et les antigènes peuvent être représentés à la fois par des protéines intégrales et périphériques.

Les protéines adjacentes à la membrane du côté cytoplasmique sont classées comme cytosquelette cellulaire. Ils peuvent s'attacher aux protéines membranaires.

Donc, bande protéique 3(numéro de bande lors de l'électrophorèse des protéines) des membranes érythrocytaires est combiné en un ensemble avec d'autres molécules du cytosquelette - la spectrine via la protéine de faible poids moléculaire ankyrine

Spectrine est une protéine majeure du cytosquelette constituant un réseau bidimensionnel auquel l'actine est attachée.

Actine forme des microfilaments, qui constituent l'appareil contractile du cytosquelette.

Cytosquelette permet à la cellule de présenter des propriétés flexibles-élastiques et fournit une résistance supplémentaire à la membrane.

La plupart des protéines intégrales sont des glycoprotéines. Leur partie glucidique dépasse de la membrane cellulaire vers l'extérieur. De nombreuses glycoprotéines ont une charge négative importante en raison de leur teneur importante en acide sialique (par exemple, la molécule de glycophorine). Cela confère aux surfaces de la plupart des cellules une charge négative, aidant ainsi à repousser d’autres objets chargés négativement. Les protubérances glucidiques des glycoprotéines sont porteuses d'antigènes de groupe sanguin, d'autres déterminants antigéniques de la cellule, et agissent comme des récepteurs qui se lient aux hormones. Les glycoprotéines forment des molécules adhésives qui permettent aux cellules de s'attacher les unes aux autres, c'est-à-dire contacts intercellulaires étroits.

Membrane cellulaireégalement appelée membrane plasmique (ou cytoplasmique) et plasmalemme. Cette structure sépare non seulement le contenu interne de la cellule de l'environnement externe, mais fait également partie de la plupart des organites cellulaires et du noyau, les séparant à leur tour du hyaloplasme (cytosol) - la partie visqueuse-liquide du cytoplasme. Mettons-nous d'accord pour appeler membrane cytoplasmique celui qui sépare le contenu de la cellule du milieu extérieur. Les termes restants désignent toutes les membranes.

Structure de la membrane cellulaire

La structure de la membrane cellulaire (biologique) repose sur une double couche de lipides (graisses). La formation d'une telle couche est liée aux caractéristiques de leurs molécules. Les lipides ne se dissolvent pas dans l'eau, mais s'y condensent à leur manière. Une partie d’une molécule lipidique est une tête polaire (elle est attirée par l’eau, c’est-à-dire hydrophile) et l’autre est une paire de longues queues non polaires (cette partie de la molécule est repoussée par l’eau, c’est-à-dire hydrophobe). Cette structure de molécules les amène à « cacher » leur queue à l’eau et à tourner leur tête polaire vers l’eau.

Le résultat est une bicouche lipidique dans laquelle les queues non polaires sont vers l'intérieur (face à face) et les têtes polaires sont vers l'extérieur (vers l'environnement externe et le cytoplasme). La surface d'une telle membrane est hydrophile, mais l'intérieur est hydrophobe.

Dans les membranes cellulaires, les phospholipides prédominent parmi les lipides (ils appartiennent aux lipides complexes). Leurs têtes contiennent un résidu d'acide phosphorique. Aux phospholipides s'ajoutent les glycolipides (lipides + glucides) et le cholestérol (lié aux stérols). Ce dernier confère de la rigidité à la membrane, étant situé dans son épaisseur entre les queues des lipides restants (le cholestérol est totalement hydrophobe).

En raison de l’interaction électrostatique, certaines molécules protéiques sont attachées aux têtes lipidiques chargées, qui deviennent des protéines membranaires de surface. D'autres protéines interagissent avec les queues non polaires, sont partiellement enfouies dans la bicouche ou y pénètrent.

Ainsi, la membrane cellulaire est constituée d'une bicouche de lipides, de protéines de surface (périphériques), incorporées (semi-intégrales) et pénétrantes (intégrales). De plus, certaines protéines et lipides situés à l’extérieur de la membrane sont associés à des chaînes glucidiques.

Ce modèle de mosaïque fluide de la structure de la membrane a été mis en avant dans les années 70 du XXe siècle. Auparavant, on supposait un modèle de structure sandwich, selon lequel la bicouche lipidique est située à l'intérieur et, à l'intérieur et à l'extérieur, la membrane est recouverte de couches continues de protéines de surface. Cependant, l’accumulation de données expérimentales a réfuté cette hypothèse.

L'épaisseur des membranes des différentes cellules est d'environ 8 nm. Les membranes (même les différentes faces de l'une) diffèrent les unes des autres par le pourcentage de différents types de lipides, de protéines, d'activité enzymatique, etc. Certaines membranes sont plus liquides et plus perméables, d'autres sont plus denses.

Les ruptures de membrane cellulaire fusionnent facilement en raison des propriétés physicochimiques de la bicouche lipidique. Dans le plan de la membrane, les lipides et les protéines (sauf s'ils sont ancrés par le cytosquelette) se déplacent.

Fonctions de la membrane cellulaire

La plupart des protéines immergées dans la membrane cellulaire remplissent une fonction enzymatique (ce sont des enzymes).

Souvent (en particulier dans les membranes des organites cellulaires), les enzymes sont disposées dans un certain ordre de sorte que les produits de réaction catalysés par une enzyme passent à la deuxième, puis à la troisième, etc. Un convoyeur se forme, qui est stabilisé par les protéines de surface, car ils ne permettent pas aux enzymes de flotter le long de la bicouche lipidique.

La membrane cellulaire remplit à la fois une fonction de délimitation (barrière) de l'environnement et des fonctions de transport.

Nous pouvons dire que c'est son objectif le plus important. La membrane cytoplasmique, dotée de résistance et de perméabilité sélective, maintient la constance de la composition interne de la cellule (son homéostasie et son intégrité).

Le transport peut être passif et facilité (lorsqu’il est aidé par une sorte de transporteur). La diffusion passive à travers la membrane cellulaire est possible pour les substances liposolubles.

Il existe des protéines spéciales qui rendent les membranes perméables aux sucres et autres substances hydrosolubles. Ces transporteurs se lient aux molécules transportées et les tirent à travers la membrane. C’est ainsi que le glucose est transporté à l’intérieur des globules rouges.

Les protéines threading se combinent pour former un pore permettant le mouvement de certaines substances à travers la membrane. Ces transporteurs ne bougent pas, mais forment un canal dans la membrane et fonctionnent de la même manière que les enzymes, se liant à une substance spécifique. Le transfert se produit en raison d'un changement dans la conformation des protéines, entraînant la formation de canaux dans la membrane. Un exemple est la pompe sodium-potassium.

La fonction de transport de la membrane cellulaire eucaryote est également réalisée par l'endocytose (et l'exocytose). Grâce à ces mécanismes, de grosses molécules de biopolymères, voire des cellules entières, entrent (et sortent) de la cellule. L'endo- et l'exocytose ne sont pas caractéristiques de toutes les cellules eucaryotes (les procaryotes n'en ont pas du tout). Ainsi, une endocytose est observée chez les protozoaires et les invertébrés inférieurs ; chez les mammifères, les leucocytes et les macrophages absorbent les substances nocives et les bactéries, c'est-à-dire que l'endocytose remplit une fonction protectrice pour l'organisme.

L'endocytose est divisée en phagocytose(le cytoplasme enveloppe les grosses particules) et pinocytose(capturer des gouttelettes de liquide contenant des substances dissoutes). Le mécanisme de ces processus est à peu près le même. Les substances absorbées à la surface des cellules sont entourées d'une membrane. Une vésicule (phagocytaire ou pinocytaire) se forme, qui pénètre ensuite dans la cellule.

L'exocytose est l'élimination de substances de la cellule (hormones, polysaccharides, protéines, graisses, etc.) par la membrane cytoplasmique. Ces substances sont contenues dans des vésicules membranaires qui s'adaptent à la membrane cellulaire. Les deux membranes fusionnent et le contenu apparaît à l'extérieur de la cellule.

La membrane cytoplasmique remplit une fonction de récepteur. Pour ce faire, des structures sont situées sur sa face externe et peuvent reconnaître un stimulus chimique ou physique. Certaines des protéines qui pénètrent dans le plasmalemme sont reliées de l'extérieur à des chaînes polysaccharidiques (formant des glycoprotéines). Ce sont des récepteurs moléculaires particuliers qui captent les hormones. Lorsqu’une hormone particulière se lie à son récepteur, elle modifie sa structure. Cela déclenche à son tour le mécanisme de réponse cellulaire. Dans ce cas, des canaux peuvent s’ouvrir et certaines substances peuvent commencer à entrer ou sortir de la cellule.

La fonction réceptrice des membranes cellulaires a été bien étudiée sur la base de l’action de l’hormone insuline. Lorsque l’insuline se lie à son récepteur glycoprotéique, la partie catalytique intracellulaire de cette protéine (enzyme adénylate cyclase) est activée. L'enzyme synthétise l'AMP cyclique à partir de l'ATP. Déjà, il active ou supprime diverses enzymes du métabolisme cellulaire.

La fonction réceptrice de la membrane cytoplasmique comprend également la reconnaissance des cellules voisines du même type. Ces cellules sont attachées les unes aux autres par divers contacts intercellulaires.

Dans les tissus, grâce aux contacts intercellulaires, les cellules peuvent échanger des informations entre elles à l'aide de substances de faible poids moléculaire spécialement synthétisées. Un exemple d’une telle interaction est l’inhibition de contact, lorsque les cellules cessent de croître après avoir reçu une information indiquant que l’espace libre est occupé.

Les contacts intercellulaires peuvent être simples (les membranes de différentes cellules sont adjacentes les unes aux autres), verrouillés (invaginations de la membrane d'une cellule dans une autre), desmosomes (lorsque les membranes sont reliées par des faisceaux de fibres transversales qui pénètrent dans le cytoplasme). De plus, il existe une variante des contacts intercellulaires dus aux médiateurs (intermédiaires) - les synapses. En eux, le signal est transmis non seulement chimiquement, mais aussi électriquement. Les synapses transmettent des signaux entre les cellules nerveuses, ainsi que des cellules nerveuses aux cellules musculaires.