Brève description:

Sazonov V. F. 1_1 La structure de la membrane cellulaire [Ressource électronique] // Kinésiologue, 2009-2018 : [site web]. Date de mise à jour : 06.02.2018..__.201_). _La structure et le fonctionnement de la membrane cellulaire sont décrits (synonymes : plasmalemme, plasmolemme, biomembrane, membrane cellulaire, membrane cellulaire externe, membrane cellulaire, membrane cytoplasmique). Celles-ci informations initiales sont nécessaires à la fois à la cytologie et à la compréhension des processus de l'activité nerveuse : excitation nerveuse, inhibition, travail des synapses et des récepteurs sensoriels.

membrane cellulaire (plasma un lemme ou plasma à propos lemme)

Définition du concept

membrane cellulaire(synonymes : plasmalemme, plasmolemme, membrane cytoplasmique, biomembrane) est une triple lipoprotéine (c'est-à-dire « graisse-protéine ») membrane qui sépare la cellule de environnement et réaliser 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 simplement qu'elle connecte cellule avec l'environnement. La membrane est actif 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 sous-tend les propriétés barrières, mécaniques et matricielles d'un organisme vivant (Antonov VF, 1996).

Représentation figurative de la membrane

Pour moi, la membrane cellulaire apparaît comme une clôture en treillis avec de nombreuses portes, qui entoure un certain territoire. Toutes les petites créatures vivantes peuvent librement se déplacer d'avant en arrière à travers cette clôture. Mais les plus grands visiteurs ne peuvent entrer que par les portes, et encore pas tous. Différents visiteurs n'ont que les clés de leurs propres portes et ils ne peuvent pas franchir les portes des autres. Ainsi, à travers cette clôture, il y a constamment des flux de visiteurs qui vont et viennent, car la fonction principale de la membrane-clôture est double : séparer le territoire de l'espace environnant et en même temps le relier à l'espace environnant. Pour cela, il y a de nombreux trous et portes dans la clôture - !

Propriétés membranaires

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 propriété principale de la membrane est sa perméabilité vis-à-vis de diverses substances.

6. Phagocytose et pinocytose.

7. Exocytose.

8. La présence de potentiels électriques et chimiques, plus précisément la différence de potentiel entre les côtés intérieur et extérieur de la membrane. Au sens figuré, on peut dire que "la membrane transforme la cellule en" pile électrique"en utilisant le contrôle du flux d'ions". Des 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 la bio réactions chimiques en réponse à la combinaison de ligands (substances de contrôle) avec eux. Il est important de noter que la substance de signalisation agit sur le récepteur de l'extérieur, tandis que les changements se poursuivent à l'intérieur de la cellule. Il s'avère que la membrane transmettait des informations de l'environnement vers l'environnement interne de la cellule.

11. Catalytique activité enzymatique. Les enzymes peuvent être intégrées dans la membrane ou associées à sa surface (tant à l'intérieur qu'à l'extérieur de la cellule) et y exercer leur activité enzymatique.

12. Modification de la forme de la surface et de sa superficie. Cela permet à la membrane de former des excroissances vers l'extérieur ou, au contraire, des invaginations dans la cellule.

13. La capacité de former des contacts avec d'autres membranes cellulaires.

14. Adhérence - la capacité de coller aux surfaces solides.

Brève liste des propriétés de la membrane

• Perméabilité.
• Endocytose, exocytose, transcytose.
• Potentiels.
• Irritabilité.
• activité enzymatique.
• Contacts.
• Adhésion.

Fonctions membranaires

1. Isolement incomplet du contenu interne de environnement externe.

2. L'essentiel dans le travail de la membrane cellulaire est échanger divers substances entre la cellule et le milieu extracellulaire. Cela est dû à une propriété de la membrane telle que la perméabilité. De plus, la membrane régule cet échange en régulant sa perméabilité.

3. Une autre fonction importante de la membrane est créant une différence de potentiels chimiques et électriques entre ses côtés intérieur et extérieur. Pour cette raison, l'intérieur de la cellule a un effet négatif potentiel électrique - .

4. À travers la membrane est également réalisée 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 la cellule ou dans ses structures.

Vidéo:La structure de la membrane cellulaire

Conférence vidéo :Détails sur la structure de la membrane et le transport

Structure membranaire

La membrane cellulaire a un caractère universel trois couches structure. Sa couche de graisse moyenne est continue et les couches de protéines supérieure et inférieure la recouvrent sous la forme d'une mosaïque de zones protéiques distinctes. La couche de graisse est la base qui assure l'isolement de la cellule de l'environnement, l'isolant de l'environnement. En soi, il laisse très mal passer les substances solubles dans l'eau, mais laisse facilement passer les substances liposolubles. Par conséquent, la perméabilité de la membrane pour les substances solubles dans l'eau (par exemple, les ions) doit être dotée de structures protéiques spéciales - et.

Vous trouverez ci-dessous des microphotographies de membranes cellulaires réelles de cellules en contact, obtenues à l'aide d'un microscope électronique, ainsi qu'un dessin schématique montrant la membrane à trois couches et la nature mosaïque de ses couches protéiques. Pour agrandir une image, cliquez dessus.

Image séparée de la couche lipidique interne (graisseuse) de la membrane cellulaire, imprégnée de protéines intégrées intégrales. Les couches protéiques supérieure et inférieure sont retirées afin de ne pas interférer avec la prise en compte de la bicouche lipidique

Figure ci-dessus : Une représentation schématique incomplète de la membrane cellulaire (paroi cellulaire) de Wikipedia.

Notez que les couches protéiques externe et interne ont été retirées de la membrane ici afin que nous puissions mieux voir la double couche lipidique grasse centrale. Dans une vraie membrane cellulaire, de grandes "îles" de protéines flottent au-dessus et en dessous le long du film gras (petites boules sur la figure), et la membrane s'avère plus épaisse, à trois couches : protéines-lipides-protéines . C'est donc en fait comme un sandwich de deux "tranches de pain" protéinées avec une épaisse couche de "beurre" au milieu, c'est-à-dire. a une structure à trois couches et non à deux couches.

Sur cette figure, les petites boules bleues et blanches correspondent aux "têtes" hydrophiles (mouillables) des lipides, et les "cordes" 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 représentées. Les points ovales jaunes à l'intérieur de la membrane sont des molécules de cholestérol Chaînes de perles jaune-vert sur à l'extérieur membranes - chaînes d'oligosaccharides qui forment le glycocalyx. Le glycocalyx est comme un "duvet" de glucide ("sucre") sur la membrane, formé par de longues molécules de glucides et de protéines qui en dépassent.

Living est un petit "sac de graisse protéique" rempli d'un contenu semi-liquide semblable à de la gelée, qui est pénétré par des films et des 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. On dit donc que la membrane a structure à trois couches : protéines-lipides-protéines. À l'intérieur de la cellule, il existe également de nombreuses membranes graisseuses similaires qui la divisent espace intérieur sur les compartiments. Les organites cellulaires sont entourés des mêmes membranes : noyau, mitochondries, chloroplastes. La membrane est donc une structure moléculaire universelle inhérente à toutes les cellules et à tous les organismes vivants.

A gauche - non plus un vrai, mais un modèle artificiel d'un morceau de membrane biologique : c'est un instantané d'une bicouche phospholipidique adipeuse (c'est-à-dire une double couche) en cours de modélisation de sa dynamique moléculaire. La cellule de calcul du modèle est affichée - 96 molécules PQ ( F osphatidil X oline) et 2304 molécules d'eau, totalisant 20544 atomes.

Sur la droite se trouve un modèle visuel d'une seule molécule du même lipide, à partir de laquelle la bicouche lipidique membranaire est assemblée. Il a une tête hydrophile (qui aime l'eau) en haut et deux queues hydrophobes (qui craignent l'eau) en bas. Ce lipide a un nom simple : 1-steroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycero-3-phosphatidylcholine (18:0/22:6(n-3)cis PC), mais vous n'avez pas besoin de le mémoriser sauf si vous prévoyez de faire pâlir votre professeur avec la profondeur de vos connaissances.

Vous pouvez donner une définition scientifique plus précise d'une cellule :

est un système hétérogène ordonné et structuré de biopolymères limité par une membrane active, participant à un ensemble unique de processus métaboliques, énergétiques et d'information, et également maintenant et reproduisant l'ensemble du système dans son ensemble.

L'intérieur de la cellule est également pénétré par des 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 la cellule ne flottent pas librement, comme dans un tube à essai avec une solution aqueuse, mais reposent principalement (immobilisées) sur les structures polymères du cytosquelette ou des membranes intracellulaires. Et donc, les réactions chimiques ont lieu à l'intérieur de la cellule presque comme dans un corps solide, et non dans un liquide. La membrane externe qui entoure la cellule est également recouverte d'enzymes et de récepteurs moléculaires, ce qui en fait une partie très active de la cellule.

La membrane cellulaire (plasmalemme, plasmolemme) est une enveloppe 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 ne limite pas simplement la cellule, mais travaille activement le reliant 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 l'un à l'autre. Par conséquent, les manuels écrivent que la base de la membrane cellulaire est constituée de deux couches lipidiques (ou " bicouche", c'est-à-dire double couche). Pour chaque couche lipidique individuelle, un côté peut être mouillé par l'eau et l'autre non. Ainsi, ces films se collent les uns aux autres précisément par leurs côtés non mouillants.

membrane bactérienne

La coquille d'une cellule procaryote de bactéries gram-négatives est constituée de plusieurs couches, illustrées dans la figure ci-dessous.
Couches de la coquille des bactéries gram-négatives :
1. La membrane cytoplasmique interne à trois couches, qui est en contact avec le cytoplasme.
2. Paroi cellulaire, constituée de muréine.
3. La membrane cytoplasmique externe à trois couches, qui a le même système de lipides avec des complexes protéiques que la membrane interne.
La communication des cellules bactériennes gram-négatives avec le monde extérieur à travers une structure aussi complexe en trois étapes ne leur donne pas un avantage pour survivre dans des conditions difficiles par rapport aux bactéries gram-positives qui ont une coquille moins puissante. Ils ne le prennent tout simplement pas bien hautes températures, hyperacidité et les chutes de pression.

Conférence vidéo :Membrane plasma. 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 graisseux membranaire. Ce sont les graisses, les alcools, les gaz. Par exemple, dans les érythrocytes, 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 dans aucune cellule. Cela signifie qu'ils ont besoin de trous spéciaux. Mais si vous faites juste un trou dans le film gras, il se resserrera immédiatement. Que faire? Une solution a été trouvée dans la nature : il faut fabriquer des structures spéciales de transport des protéines et les étirer à travers la membrane. C'est ainsi que sont obtenus les canaux de passage des substances insolubles dans les graisses - les canaux ioniques de la membrane cellulaire.

Ainsi, afin de 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 (formateurs de canaux). Ces protéines sont enchâssées 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 solubles dans l'eau peuvent maintenant traverser ces structures de transport, qui autrement ne peuvent pas traverser le film membranaire gras.

En général, les protéines intégrées dans la membrane sont également appelées intégral, précisément parce qu'ils sont pour ainsi dire inclus dans la composition de la membrane et la pénètrent de part en part. D'autres protéines, non intégrales, forment en quelque sorte des îlots qui "flottent" à la surface de la membrane : soit le long de celle-ci surface extérieure, ou en interne. Après tout, tout le monde sait que la graisse est un bon lubrifiant et qu'il est facile de glisser dessus !

résultats

1. En général, la membrane est à trois couches :

1) la couche externe des "îlots" de protéines,

2) "mer" grasse à deux couches (bicouche lipidique), c'est-à-dire double film lipidique

3) la couche intérieure des îlots protéiques.

Mais il y a aussi une couche externe lâche - le glycocalyx, qui est formé par des glycoprotéines sortant de la membrane. Ce sont des récepteurs moléculaires auxquels se lient les contrôles de signalisation.

2. Des structures protéiques spéciales sont intégrées à la membrane, assurant 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 protéines intégrales. Et ce sont des protéines intégrales qui forment des ouvrages de transport membrane cellulaire (voir section 1_2 Mécanismes de transport membranaire). À travers eux, les substances pénètrent dans la cellule et sont également évacuées de la cellule vers l'extérieur.

3. Les protéines enzymatiques peuvent être situées sur n'importe quel côté de la membrane (externe et interne), ainsi qu'à l'intérieur de la membrane, ce qui affecte à la fois l'état de la membrane elle-même et la vie de la cellule entière.

Ainsi, la membrane cellulaire est une structure variable active qui travaille activement dans l'intérêt de toute la cellule et la relie au monde extérieur, et n'est pas simplement une "coque protectrice". C'est la chose la plus importante à savoir sur la membrane cellulaire.

En médecine, les protéines membranaires sont souvent utilisées comme « cibles » pour médicaments. Les récepteurs, les canaux ioniques, les enzymes, les systèmes de transport agissent comme de telles cibles. À Ces derniers temps en plus de la membrane, les gènes cachés dans le noyau cellulaire deviennent également des cibles pour les médicaments.

Vidéo:Introduction à la biophysique des membranes cellulaires : structure de la membrane 1 (Vladimirov Yu.A.)

Vidéo:Histoire, structure et fonctions de la membrane cellulaire : Structure des membranes 2 (Vladimirov Yu.A.)

© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

Membranes cellulaires

La base de l'organisation structurelle de la cellule est le principe de structure membranaire, c'est-à-dire que la cellule est principalement constituée de membranes. Toutes les membranes biologiques ont en commun caractéristiques structurelles et propriétés.

À l'heure actuelle, le modèle de mosaïque fluide de la structure membranaire est généralement accepté.

La base de la membrane est une bicouche lipidique, formée principalement phospholipides. Moyenne des lipides ≈40% composition chimique membranes. Dans une bicouche, les queues des molécules de la membrane se font face et les têtes polaires sont tournées vers l'extérieur, de sorte que la surface de la membrane est hydrophile. Les lipides déterminent les propriétés de base des membranes.

En plus des lipides, la membrane contient des protéines (en moyenne ≈60%). Ils déterminent la plupart des fonctions spécifiques de la membrane. Les molécules de protéines ne forment pas une couche continue (Fig. 280). Selon la localisation dans la membrane, on distingue :

© protéines périphériques- des protéines situées à l'extérieur ou surface intérieure bicouche lipidique;

© protéines semi-intégrales- des protéines immergées dans la bicouche lipidique à différentes profondeurs ;

© intégral, ou alors protéines transmembranaires - protéines pénétrant à travers la membrane tout en étant en contact avec l'environnement externe et interne de la cellule.

Les protéines membranaires peuvent remplir diverses fonctions :

© transport de certaines molécules ;

© catalyse des réactions se produisant sur les membranes ;

© maintien de la structure des membranes ;

© recevoir et convertir les signaux de l'environnement.

La membrane peut contenir de 2 à 10 % de glucides. Le composant glucidique des membranes est généralement représenté par des chaînes oligosaccharidiques ou polysaccharidiques associées à des molécules protéiques (glycoprotéines) ou lipidiques (glycolipides). Fondamentalement, les glucides sont situés sur la surface externe de la membrane. Les fonctions des glucides dans la membrane cellulaire n'ont pas été entièrement élucidées, cependant, on peut dire qu'ils assurent les fonctions réceptrices de la membrane.

Dans les cellules animales, les glycoprotéines forment un complexe épimembranaire - glycocalyx, ayant une épaisseur de plusieurs dizaines de nanomètres. La digestion extracellulaire y a lieu, de nombreux récepteurs cellulaires sont localisés et, avec son aide, apparemment, l'adhésion cellulaire se produit.

Les molécules de protéines et de lipides sont mobiles, capables de se déplacer , principalement dans le plan de la membrane. Les membranes sont asymétriques , c'est-à-dire que la composition lipidique et protéique des surfaces externe et interne de la membrane est différente.

L'épaisseur de la membrane plasmique est en moyenne de 7,5 nm.

L'une des principales fonctions de la membrane est le transport, assurant l'échange de substances entre la cellule et le milieu extérieur. Les membranes ont la propriété de perméabilité sélective, c'est-à-dire qu'elles sont bien perméables à certaines substances ou molécules et peu perméables (ou totalement imperméables) à d'autres. Perméabilité de la membrane pour différentes substances dépend des propriétés de leurs molécules (polarité, taille, etc.), et des caractéristiques des membranes (la partie interne de la couche lipidique est hydrophobe).

Il existe différents mécanismes de transport des substances à travers la membrane (Fig. 281). Selon le besoin d'utiliser de l'énergie pour le transport de substances, il existe:

© transport passif- transport de substances sans consommation d'énergie ;

© transport actif- les transports utilisant de l'énergie.

Le transport passif est basé sur la différence des concentrations et des charges. Dans le transport passif, les substances se déplacent toujours d'une zone de concentration plus élevée vers une zone de concentration plus faible, c'est-à-dire le long d'un gradient de concentration. Si la molécule est chargée, alors son transport est affecté par le gradient électrique. On parle donc souvent de gradient électrochimique, combinant les deux gradients ensemble. La vitesse de transport dépend de l'amplitude du gradient.

Il existe trois principaux mécanismes de transport passif :

© Diffusion simple- transport de substances directement à travers la bicouche lipidique. Les gaz, apolaires ou petites molécules polaires non chargées le traversent facilement. Plus la molécule est petite et plus elle est liposoluble, plus elle traversera la membrane rapidement. Fait intéressant, l'eau, bien qu'elle soit relativement insoluble dans les graisses, imprègne très rapidement la bicouche lipidique. En effet, sa molécule est petite et électriquement neutre. La diffusion de l'eau à travers les membranes est appelée osmose.

© Diffusion facilitée- transport de substances à l'aide de

les protéines de transport, dont chacune est responsable du transport de certaines molécules ou groupes de molécules apparentées. Ils interagissent avec la molécule de la substance transférée et la déplacent en quelque sorte à travers la membrane. Ainsi, les sucres, les acides aminés, les nucléotides et de nombreuses autres molécules polaires sont transportés dans la cellule.

Le besoin de transport actif apparaît lorsqu'il est nécessaire d'assurer le transfert de molécules à travers la membrane contre le gradient électrochimique. Ce transport est assuré par des protéines porteuses dont l'activité nécessite une dépense énergétique. La source d'énergie est constituée de molécules d'ATP.

L'un des systèmes de transport actif les plus étudiés est la pompe sodium-potassium. La concentration de K à l'intérieur de la cellule est beaucoup plus élevée qu'à l'extérieur, et Na est vice versa. Par conséquent, K diffuse passivement hors de la cellule à travers les pores d'eau de la membrane et Na dans la cellule. Dans le même temps, pour le fonctionnement normal de la cellule, il est important de maintenir un certain rapport d'ions K et Na dans le cytoplasme et dans le milieu extérieur. Ceci est possible car la membrane, en raison de la présence de la pompe (Na + K), pompe activement Na hors de la cellule et K dans la cellule. Le fonctionnement de la pompe (Na + K) consomme près du tiers de l'énergie totale nécessaire à la durée de vie de la pile.

La pompe est une protéine membranaire transmembranaire spéciale capable de changements de conformation, grâce à laquelle elle peut attacher à elle-même les ions K et Na. Le cycle de fonctionnement de la pompe (Na + K) comprend plusieurs phases (Fig. 282) :

© de l'intérieur de la membrane, les ions Na et une molécule d'ATP pénètrent dans la protéine pompe, et de l'extérieur - les ions K;

© Les ions Na se combinent avec une molécule de protéine, et la protéine acquiert une activité ATPase, c'est-à-dire qu'elle acquiert la capacité de provoquer l'hydrolyse de l'ATP, accompagnée de la libération d'énergie qui met la pompe en mouvement ;

© le phosphate libéré lors de l'hydrolyse de l'ATP se fixe sur la protéine, c'est-à-dire que la protéine est phosphorylée ;

© la phosphorylation provoque des changements conformationnels de la protéine, celle-ci est incapable de retenir les ions Na - ils sont libérés et sortent de la cellule ;

© la nouvelle conformation de la protéine est telle qu'il est possible d'y fixer des ions K ;

© l'ajout d'ions K provoque une déphosphorylation de la protéine, à la suite de quoi elle change à nouveau sa conformation ;

© un changement de conformation des protéines entraîne la libération d'ions K à l'intérieur de la cellule ;

© Maintenant, la protéine est à nouveau prête à attacher les ions Na à elle-même.

En un cycle de fonctionnement, la pompe pompe 3 ions Na de la cellule et pompe 2 ions K. Cette différence dans le nombre d'ions transférés est due au fait que la perméabilité de la membrane pour les ions K est plus élevée que pour Na ions. En conséquence, K diffuse passivement hors de la cellule plus rapidement que Na dans la cellule.

© pinocytose - processus de capture et d'absorption de gouttelettes de liquide contenant des substances dissoutes.

Exocytose- processus d'excrétion diverses substances de la cellule. Lors de l'exocytose, la membrane de la vésicule (ou vacuole), au contact de la membrane cytoplasmique externe, se confond avec elle. Le contenu de la vésicule est éliminé à l'extérieur de l'encoche et sa membrane entre dans la composition de la membrane cytoplasmique externe.

Tous les organismes vivants, selon la structure de la cellule, sont divisés en trois groupes (voir Fig. 1):

1. Procaryotes (non nucléaires)

2. Eucaryotes (nucléaires)

3. Virus (non cellulaires)

Riz. 1. Organismes vivants

Dans cette leçon, nous commencerons à étudier la structure des cellules des organismes eucaryotes, qui comprennent les plantes, les champignons et les animaux. Leurs cellules sont les plus grandes et les plus complexes par rapport aux cellules procaryotes.

Comme vous le savez, les cellules sont capables d'une activité indépendante. Ils peuvent échanger de la matière et de l'énergie avec l'environnement, ainsi que croître et se multiplier, donc structure interne cellules est très complexe et dépend principalement de la fonction que la cellule remplit dans un organisme multicellulaire.

Les principes de construction de toutes les cellules sont les mêmes. Dans chaque cellule eucaryote, les parties principales suivantes peuvent être distinguées (voir Fig. 2):

1. La membrane externe qui sépare le contenu de la cellule de l'environnement extérieur.

2. Cytoplasme avec organites.

Riz. 2. Les parties principales d'une cellule eucaryote

Le terme "membrane" a été proposé il y a une centaine d'années pour désigner les limites de la cellule, mais avec le développement de la microscopie électronique, il est devenu clair que la membrane cellulaire fait partie de éléments structurels cellules.

En 1959, J. D. Robertson a formulé l'hypothèse de la membrane élémentaire, selon laquelle les membranes cellulaires des animaux et des plantes sont construites selon le même type.

En 1972, il a été proposé par Singer et Nicholson, ce qui est actuellement généralement accepté. Selon ce modèle, la base de toute membrane est une double couche de phospholipides.

Dans les phospholipides (composés contenant un groupe phosphate), les molécules sont constituées d'une tête polaire et de deux queues non polaires (voir Fig. 3).

Riz. 3. Phospholipide

Résidus hydrophobes dans la bicouche phospholipidique Les acides gras tournées vers l'intérieur et des têtes hydrophiles, comprenant un résidu d'acide phosphorique, tournées vers l'extérieur (voir Fig. 4).

Riz. 4. Bicouche phospholipidique

La bicouche phospholipidique se présente comme une structure dynamique, les lipides peuvent bouger, changer de position.

La double couche de lipides assure la fonction barrière de la membrane, empêchant le contenu de la cellule de se répandre et empêchant l'entrée de substances toxiques dans la cellule.

La présence d'une membrane limite entre la cellule et l'environnement était connue bien avant l'avènement du microscope électronique. Les physico-chimistes ont nié l'existence de la membrane plasmique et ont cru qu'il y avait une interface entre le contenu colloïdal vivant et l'environnement, mais Pfeffer (un botaniste et physiologiste végétal allemand) en 1890 a confirmé son existence.

Au début du siècle dernier, Overton (physiologiste et biologiste britannique) a découvert que la vitesse de pénétration de nombreuses substances dans les érythrocytes est directement proportionnelle à leur solubilité dans les lipides. À cet égard, le scientifique a suggéré que la membrane contient une grande quantité de lipides et de substances qui s'y dissolvent, la traversent et se retrouvent de l'autre côté de la membrane.

En 1925, Gorter et Grendel (biologistes américains) ont isolé des lipides de la membrane cellulaire des érythrocytes. Les lipides résultants ont été distribués sur la surface de l'eau avec une épaisseur d'une molécule. Il s'est avéré que la surface occupée par la couche lipidique est deux fois plus de zone l'érythrocyte lui-même. Par conséquent, ces scientifiques ont conclu que la membrane cellulaire se compose non pas d'une, mais de deux couches de lipides.

Dawson et Danielly (biologistes anglais) ont suggéré en 1935 que dans les membranes cellulaires, la couche lipidique bimoléculaire est enfermée entre deux couches de molécules protéiques (voir Fig. 5).

Riz. 5. Modèle de membrane proposé par Dawson et Danielli

Avec l'avènement du microscope électronique, il est devenu possible de se familiariser avec la structure de la membrane, puis il a été constaté que les membranes des cellules animales et végétales ressemblent à une structure à trois couches (voir Fig. 6).

Riz. 6. Membrane cellulaire au microscope

En 1959, le biologiste JD Robertson, combinant les données disponibles à l'époque, émet une hypothèse sur la structure de la "membrane élémentaire", dans laquelle il postule une structure commune à toutes les membranes biologiques.

Postulats de Robertson sur la structure de la "membrane élémentaire"

1. Toutes les membranes ont une épaisseur d'environ 7,5 nm.

2. Au microscope électronique, ils semblent tous être à trois couches.

3. La vue à trois couches de la membrane est le résultat exact de l'arrangement des protéines et des lipides polaires, qui a été fourni par le modèle de Dawson et Danielli - la bicouche lipidique centrale est enfermée entre deux couches de protéines.

Cette hypothèse sur la structure de la "membrane élémentaire" a subi diverses modifications et, en 1972, elle a été avancée par modèle de mosaïque fluide de la membrane(voir Fig. 7), ce qui est maintenant généralement accepté.

Riz. 7. Modèle de mosaïque fluide de la membrane

Les molécules de protéines baignent dans la bicouche lipidique de la membrane, elles forment une mosaïque mobile. Selon leur localisation dans la membrane et la façon dont elles interagissent avec la bicouche lipidique, les protéines peuvent être divisées en :

- superficiel (ou périphérique) les protéines membranaires associées à la surface hydrophile de la bicouche lipidique ;

- intégrale (membrane) protéines intégrées dans la région hydrophobe de la bicouche.

Les protéines intégrales diffèrent par le degré de leur immersion dans la région hydrophobe de la bicouche. Ils peuvent être complètement immergés intégral) ou partiellement immergé ( semi-intégral), et peut également pénétrer la membrane à travers ( transmembranaire).

Les protéines membranaires peuvent être divisées en deux groupes selon leurs fonctions :

- de construction protéines. Ils font partie des membranes cellulaires et participent au maintien de leur structure.

- dynamique protéines. Ils sont situés sur les membranes et participent aux processus qui s'y déroulent.

Il existe trois classes de protéines dynamiques.

1. Récepteur. A l'aide de ces protéines, la cellule perçoit diverses influences à sa surface. C'est-à-dire qu'ils se lient spécifiquement à des composés tels que des hormones, des neurotransmetteurs, des toxines à l'extérieur de la membrane, ce qui sert de signal pour modifier divers processus à l'intérieur de la cellule ou de la membrane elle-même.

2. Le transport. Ces protéines transportent certaines substances à travers la membrane, elles forment également des canaux à travers lesquels divers ions sont transportés dans et hors de la cellule.

3. Enzymatique. Ce sont des protéines enzymatiques situées dans la membrane et impliquées dans divers processus chimiques.

Transport de substances à travers la membrane

Les bicouches lipidiques sont largement imperméables à de nombreuses substances, de sorte qu'une grande quantité d'énergie est nécessaire pour transporter les substances à travers la membrane, et la formation de diverses structures est également nécessaire.

Il existe deux types de transport : passif et actif.

Transport passif

Le transport passif est le mouvement des molécules le long d'un gradient de concentration. C'est-à-dire qu'il est déterminé uniquement par la différence de concentration de la substance transférée sur les côtés opposés de la membrane et est effectué sans dépense d'énergie.

Il existe deux types de transports passifs :

- Diffusion simple(voir Fig. 8), qui se produit sans la participation de la protéine membranaire. Le mécanisme de diffusion simple est le transfert transmembranaire des gaz (oxygène et gaz carbonique), de l'eau et quelques ions organiques simples. La diffusion simple est lente.

Riz. 8. Diffusion simplifiée

- diffusion facilitée(voir Fig. 9) diffère du simple en ce qu'il a lieu avec la participation de protéines porteuses. Ce processus est spécifique et se déroule à un rythme plus rapide que la simple diffusion.

Riz. 9. Diffusion facilitée

Deux types de protéines de transport membranaire sont connus : les protéines porteuses (translocases) et les protéines formant des canaux. Les protéines de transport lient des substances spécifiques et les transportent à travers la membrane le long de leur gradient de concentration, et, par conséquent, ce processus, comme dans la diffusion simple, ne nécessite pas la dépense d'énergie ATP.

Les particules alimentaires ne peuvent pas traverser la membrane, elles entrent dans la cellule par endocytose (voir Fig. 10). Au cours de l'endocytose, la membrane plasmique forme des invaginations et des excroissances, capture une particule solide de nourriture. Une vacuole (ou vésicule) se forme autour du bol alimentaire, qui se détache alors de la membrane plasmique, et la particule solide dans la vacuole se trouve à l'intérieur de la cellule.

Riz. 10. Endocytose

Il existe deux types d'endocytose.

1. Phagocytose- absorption de particules solides. Les cellules spécialisées qui effectuent la phagocytose sont appelées phagocytes.

2. pinocytose- absorption matière liquide(solution, solution colloïdale, suspensions).

Exocytose(voir Fig. 11) - un processus inverse à l'endocytose. Les substances synthétisées dans la cellule, telles que les hormones, sont emballées dans des vésicules membranaires qui s'adaptent à la membrane cellulaire, y sont intégrées et le contenu de la vésicule est éjecté de la cellule. De la même manière, la cellule peut se débarrasser des produits métaboliques inutiles.

Riz. 11. Exocytose

transport actif

Contrairement à la diffusion facilitée, le transport actif est le mouvement de substances contre un gradient de concentration. Dans ce cas, les substances se déplacent d'une zone à plus faible concentration vers une zone à plus forte concentration. Étant donné qu'un tel mouvement se produit dans la direction opposée à la diffusion normale, la cellule doit dépenser de l'énergie dans ce processus.

Parmi les exemples de transport actif, la pompe dite sodium-potassium est la mieux étudiée. Cette pompe pompe les ions sodium hors de la cellule et pompe les ions potassium dans la cellule en utilisant l'énergie de l'ATP.

1. Structurel (la membrane cellulaire sépare la cellule de l'environnement).

2. Transport (les substances sont transportées à travers la membrane cellulaire et la membrane cellulaire est un filtre hautement sélectif).

3. Récepteur (les récepteurs situés à la surface de la membrane perçoivent les influences extérieures, transmettent ces informations à la cellule, lui permettant de réagir rapidement aux changements environnementaux).

En plus de celles énumérées ci-dessus, la membrane remplit également une fonction métabolique et de conversion d'énergie.

fonction métabolique

Les membranes biologiques sont directement ou indirectement impliquées dans les processus de transformations métaboliques des substances dans la cellule, puisque la plupart des enzymes sont associées aux membranes.

L'environnement lipidique des enzymes dans la membrane crée certaines conditions pour leur fonctionnement, impose des restrictions sur l'activité des protéines membranaires et a donc un effet régulateur sur les processus métaboliques.

Fonction de conversion d'énergie

La fonction la plus importante de nombreuses biomembranes est la transformation d'une forme d'énergie en une autre.

Les membranes de transfert d'énergie comprennent membranes internes mitochondries, thylakoïdes chloroplastiques (voir Fig. 12).

Riz. 12. Mitochondries et chloroplastes

Bibliographie

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Devoirs

1. Quelle est la structure d'une membrane cellulaire?
2. Quelles sont les propriétés des lipides pour former des membranes ?
3. Grâce à quelles fonctions les protéines sont-elles capables de participer au transport de substances à travers la membrane ?
4. Énumérez les fonctions de la membrane plasmique.
5. Comment le transport passif se produit-il à travers la membrane ?
6. Comment le transport actif se produit-il à travers la membrane ?
7. Quelle est la fonction de la pompe sodium-potassium ?
8. Qu'est-ce que la phagocytose, la pinocytose ?

Membranes cellulaires : leur structure et leurs fonctions

Les membranes sont des structures extrêmement visqueuses et en même temps plastiques qui entourent toutes les cellules vivantes. Fonctions des membranes cellulaires :

1. La membrane plasmique est une barrière qui maintient une composition différente de l'environnement extra- et intracellulaire.

2. Les membranes forment des compartiments spécialisés à l'intérieur de la cellule, c'est-à-dire de nombreux organites - mitochondries, lysosomes, complexe de Golgi, réticulum endoplasmique, membranes nucléaires.

3. Les enzymes impliquées dans la conversion d'énergie dans des processus tels que la phosphorylation oxydative et la photosynthèse sont localisées dans les membranes.

Structure membranaire

En 1972, Singer et Nicholson ont proposé un modèle de mosaïque fluide de structure membranaire. Selon ce modèle, les membranes fonctionnelles sont une solution bidimensionnelle de protéines intégrales globulaires dissoutes dans une matrice phospholipidique liquide. Ainsi, les membranes sont basées sur une couche lipidique bimoléculaire, avec un arrangement ordonné de molécules.

Dans ce cas, la couche hydrophile est formée par la tête polaire des phospholipides (un résidu phosphate auquel sont attachés de la choline, de l'éthanolamine ou de la sérine) et également par la partie glucidique des glycolipides. Une couche hydrophobe - radicaux hydrocarbonés d'acides gras et de phospholipides et glycolipides de sphingosine.

Propriétés membranaires :

1. Perméabilité sélective. La bicouche fermée apporte l'une des principales propriétés de la membrane : elle est imperméable à la plupart des molécules hydrosolubles, puisqu'elles ne se dissolvent pas dans son noyau hydrophobe. Les gaz tels que l'oxygène, le CO 2 et l'azote ont la capacité de pénétrer facilement dans la cellule en raison de la petite taille des molécules et de la faible interaction avec les solvants. De plus, les molécules de nature lipidique, par exemple les hormones stéroïdes, pénètrent facilement à travers la bicouche.

2. Liquidité. La bicouche lipidique a une structure cristalline liquide, car la couche lipidique est généralement liquide, mais elle contient des zones de solidification, similaires aux structures cristallines. Bien que la position des molécules lipidiques soit ordonnée, elles conservent la capacité de se déplacer. Deux types de mouvements de phospholipides sont possibles - c'est un saut périlleux (en littérature scientifique appelée « flip flop ») et diffusion latérale. Dans le premier cas, les molécules de phospholipides s'opposant dans la couche bimoléculaire se retournent (ou culbutent) les unes vers les autres et changent de place dans la membrane, c'est-à-dire l'extérieur devient l'intérieur et vice versa. De tels sauts sont associés à la dépense d'énergie et sont très rares. Le plus souvent, des rotations autour de l'axe (rotation) et une diffusion latérale sont observées - mouvement à l'intérieur de la couche parallèle à la surface de la membrane.

3. Asymétrie des membranes. Les surfaces d'une même membrane diffèrent par la composition des lipides, des protéines et des glucides (asymétrie transversale). Par exemple, les phosphatidylcholines prédominent dans la couche externe, tandis que les phosphatidyléthanolamines et les phosphatidylsérines prédominent dans la couche interne. Les composants glucidiques des glycoprotéines et des glycolipides arrivent à la surface externe, formant une poche continue appelée glycocalyx. Il n'y a pas de glucides sur la surface interne. Protéines - les récepteurs hormonaux sont situés à la surface externe de la membrane plasmique et les enzymes régulées par eux - adénylate cyclase, phospholipase C - à l'intérieur, etc.

Protéines membranaires

Les phospholipides membranaires agissent comme un solvant pour les protéines membranaires, créant un microenvironnement dans lequel ces dernières peuvent fonctionner. Le nombre de protéines différentes dans la membrane varie de 6 à 8 dans le réticulum sarcoplasmique à plus de 100 dans la membrane plasmique. Ce sont des enzymes, des protéines de transport, des protéines structurales, des antigènes, y compris des antigènes du système principal d'histocompatibilité, des récepteurs pour diverses molécules.

Par localisation dans la membrane, les protéines sont divisées en intégrales (partiellement ou complètement immergées dans la membrane) et périphériques (situées à sa surface). Certaines protéines intégrales transpercent la membrane à plusieurs reprises. Par exemple, le photorécepteur rétinien et le récepteur β 2 -adrénergique traversent 7 fois la bicouche.

Transfert de matière et d'informations à travers les membranes

Les membranes cellulaires ne sont pas des cloisons hermétiquement fermées. L'une des principales fonctions des membranes est la régulation du transfert de substances et d'informations. Le mouvement transmembranaire des petites molécules s'effectue 1) par diffusion, passive ou facilitée, et 2) par transport actif. Le mouvement transmembranaire des grosses molécules s'effectue 1) par endocytose et 2) par exocytose. La transmission du signal à travers les membranes est réalisée à l'aide de récepteurs localisés sur la surface externe de la membrane plasmique. Dans ce cas, soit le signal subit une transformation (par exemple, glucagon AMPc), soit il est internalisé, associé à une endocytose (par exemple, LDL - récepteur LDL).

La diffusion simple est la pénétration de substances dans la cellule le long d'un gradient électrochimique. Dans ce cas, aucun coût énergétique n'est nécessaire. La vitesse de diffusion simple est déterminée par 1) le gradient de concentration transmembranaire de la substance et 2) sa solubilité dans la couche hydrophobe de la membrane.

Avec une diffusion facilitée, les substances sont également transportées à travers la membrane le long d'un gradient de concentration, sans coûts énergétiques, mais à l'aide de protéines porteuses membranaires spéciales. Par conséquent, la diffusion facilitée diffère de la diffusion passive par un certain nombre de paramètres : 1) la diffusion facilitée se caractérise par une sélectivité élevée, puisque la protéine porteuse possède un centre actif complémentaire de la substance transférée ; 2) la vitesse de diffusion facilitée est susceptible d'atteindre un plateau, puisque le nombre de molécules porteuses est limité.

Certaines protéines de transport transportent simplement une substance d'un côté à l'autre de la membrane. Un transfert aussi simple s'appelle un uniport passif. Un exemple d'uniport est GLUT, un transporteur de glucose qui transporte le glucose à travers les membranes cellulaires. D'autres protéines fonctionnent comme des systèmes de co-transport dans lesquels le transport d'une substance dépend du transport simultané ou séquentiel d'une autre substance soit dans la même direction - un tel transfert est appelé symport passif, soit dans la direction opposée - un tel transfert est appelé antiport passif. Les translocases de la membrane interne mitochondriale, en particulier la translocase ADP/ATP, fonctionnent selon le mécanisme antiport passif.

Avec le transport actif, le transfert d'une substance s'effectue contre un gradient de concentration et, par conséquent, est associé à des coûts énergétiques. Si le transfert de ligands à travers la membrane est associé à la dépense d'énergie ATP, alors un tel transfert est appelé transport actif primaire. Un exemple est la Na + K + -ATPase et la Ca 2+ -ATPase localisées dans la membrane plasmique des cellules humaines et la H + ,K + -ATPase de la muqueuse gastrique.

transport actif secondaire. Le transport de certaines substances contre le gradient de concentration dépend du transport simultané ou séquentiel de Na + (ions sodium) le long du gradient de concentration. Dans ce cas, si le ligand est transféré dans le même sens que Na + , le processus est appelé symport actif. Selon le mécanisme du symport actif, le glucose est absorbé à partir de la lumière intestinale, où sa concentration est faible. Si le ligand est transféré dans la direction opposée aux ions sodium, ce processus est appelé antiport actif. Un exemple est l'échangeur Na + ,Ca 2+ de la membrane plasmique.

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;
• gestion et réglage des échanges entre l'environnement et la cellule ;
• les membranes intracellulaires divisent la cellule en compartiments particuliers : organites ou compartiments.

Le mot "membrane" en latin signifie "film". Si nous parlons de la membrane cellulaire, il s'agit d'une combinaison de deux films aux 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 - à une extrémité pénètre dans la couche bilipidique.

Quelles sont les fonctions de la membrane cellulaire

1. Paroi cellulaire - une coque solide de la cellule, 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. Effectue une fonction de transport qui peut transporter des substances à travers la membrane dans et hors de la cellule.

5. La membrane cellulaire a une conductivité unidirectionnelle. De ce fait, les molécules d'eau peuvent traverser la membrane cellulaire sans délai et les molécules d'autres substances pénètrent de manière sélective.

6. Avec l'aide de la membrane cellulaire, de l'eau, de l'oxygène et nutriments, et à travers elle les produits du métabolisme cellulaire sont éliminés.

7. Effectue des échanges cellulaires à travers les membranes et peut les effectuer à travers 3 principaux types de réactions : pinocytose, phagocytose, exocytose.

8. La membrane assure la spécificité des contacts intercellulaires.

9. Il existe de nombreux récepteurs dans la membrane capables de percevoir des signaux chimiques - médiateurs, hormones et de nombreuses autres substances biologiquement actives. Elle est donc capable de modifier l'activité métabolique de la cellule.

10. Les principales propriétés et fonctions de la membrane cellulaire:

• matrice
• Barrière
• Le transport
• Énergie
• Mécanique
• Enzymatique
• Récepteur
• Protecteur
• Marquage
• Biopotentiel

Quelle est la fonction de la membrane plasmique dans la cellule ?

1. Délimite le contenu de la cellule ;
2. Effectue le flux 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 maximale de 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. Une couche bilipidique liquide homogène est située au centre et les protéines la recouvrent des deux côtés (comme une mosaïque), pénétrant en partie dans l'épaisseur. Les protéines sont également nécessaires pour que la membrane passe à l'intérieur des cellules et en transporte des substances spéciales qui ne peuvent pas pénétrer dans la couche de graisse. Par exemple, les ions sodium et potassium.

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Structure cellulaire - vidéo