Brève description:

Sazonov V.F. 1_1 Structure de la membrane cellulaire [Ressource électronique] // Kinésiologue, 2009-2018 : [site Internet]. Date de mise à jour : 02/06/2018...__201_). _La structure et le fonctionnement de la membrane cellulaire sont décrits (synonymes : plasmalemme, plasmalemme, biomembrane, membrane cellulaire, membrane cellulaire externe, membrane cellulaire, membrane cytoplasmique). Ces informations initiales sont nécessaires à la fois à la cytologie et à la compréhension des processus de l'activité nerveuse : excitation nerveuse, inhibition, fonctionnement des synapses et des récepteurs sensoriels.

Membrane cellulaire (plasma) UN lemme ou plasma Ô lemme)

Définition du concept

Membrane cellulaire(synonymes : plasmalemme, plasmalemme, membrane cytoplasmique, biomembrane) est une triple membrane lipoprotéique (c'est-à-dire « graisse-protéine ») 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 justement qu'elle se connecte cellule avec l’environnement. La membrane est actif la structure de la cellule, elle travaille constamment.

Une membrane biologique est un film bimoléculaire ultrafin de phospholipides incrusté de protéines et de polysaccharides. Cette structure cellulaire est à l'origine des propriétés barrières, mécaniques et matricielles d'un organisme vivant (Antonov V.F., 1996).

Une représentation figurative d'une membrane

Pour moi, la membrane cellulaire ressemble à une clôture en treillis avec de nombreuses portes, qui entoure un certain territoire. Toute petite créature vivante peut se déplacer librement à travers cette clôture. Mais les visiteurs plus grands ne peuvent entrer que par les portes, et même pas toutes les portes. Différents visiteurs n'ont les clés que de leurs propres portes et ne peuvent pas franchir les portes des autres. Ainsi, à travers cette clôture, des flux constants de visiteurs vont et viennent, car la fonction principale de la clôture membranaire est double : séparer le territoire de l'espace environnant et en même temps le relier à l'espace environnant. C'est pourquoi il y a de nombreux trous et portes dans la clôture. !

Propriétés des membranes

1. Perméabilité.

2. Semi-perméabilité (perméabilité partielle).

3. Perméabilité sélective (synonyme : sélective).

4. Perméabilité active (synonyme : transport actif).

5. Perméabilité contrôlée.

Comme vous pouvez le constater, la principale propriété d’une membrane est sa perméabilité à diverses substances.

6. Phagocytose et pinocytose.

7. Exocytose.

8. La présence de potentiels électriques et chimiques, ou plutôt la différence de potentiel entre les faces interne et externe de la membrane. Au sens figuré, nous pouvons dire que "la membrane transforme la cellule en" pile électrique"en utilisant le contrôle du flux d'ions". 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 connexion de ligands (substances de contrôle) avec eux. Il est important de noter que la substance de signalisation agit sur le récepteur de l'extérieur et que les changements se poursuivent à l'intérieur de la cellule. Il s'avère que la membrane transfère les informations de l'environnement vers l'environnement interne de la cellule.

11. Catalytique activité enzymatique. Les enzymes peuvent être incorporées dans la membrane ou associées à sa surface (à la fois à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule) et y exercer leurs activités enzymatiques.

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

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

14. Adhérence - la capacité d'adhérer à des surfaces dures.

Brève liste des propriétés de la membrane

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

Fonctions membranaires

1. Isolation incomplète du contenu interne de environnement externe.

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

3. Une autre fonction importante de la membrane est créer une différence de potentiels chimiques et électriques entre ses côtés intérieur et extérieur. De ce fait, l’intérieur de la cellule présente un effet négatif. potentiel électrique - .

4. La membrane réalise également échange d'informations entre la cellule et son environnement. Des récepteurs moléculaires spéciaux situés sur la membrane peuvent se lier à des substances de contrôle (hormones, médiateurs, modulateurs) et déclencher des réactions biochimiques dans la cellule, entraînant divers changements dans le fonctionnement de la cellule ou dans ses structures.

Vidéo:Structure de la membrane cellulaire

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

Structure membranaire

La membrane cellulaire a une fonction universelle à trois couches structure. Sa couche de graisse moyenne est continue et les couches protéiques supérieure et inférieure la recouvrent sous la forme d'une mosaïque de zones protéiques distinctes. La couche adipeuse est la base qui assure l'isolement de la cellule de l'environnement, en l'isolant de l'environnement. À lui seul, il laisse passer très mal les substances hydrosolubles, mais laisse facilement passer les substances liposolubles. Par conséquent, la perméabilité de la membrane aux substances solubles dans l'eau (par exemple les ions) doit être assurée par des structures protéiques spéciales - et.

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

Une image distincte de la couche lipidique (graisse) interne de la membrane cellulaire, imprégnée de protéines intégrées intégrales. Les couches protéiques supérieure et inférieure ont été retirées afin de ne pas gêner la visualisation de la bicouche lipidique.

Figure ci-dessus : Représentation schématique partielle d'une membrane cellulaire (membrane cellulaire), donnée sur Wikipédia.

Veuillez noter que les couches protéiques externe et interne ont été retirées de la membrane ici afin que nous puissions mieux voir la bicouche lipidique grasse centrale. Dans une véritable membrane cellulaire, de grandes « îles » protéiques flottent au-dessus et en dessous du film graisseux (petites boules sur la figure), et la membrane s'avère plus épaisse, à trois couches : protéine-graisse-protéine . C'est donc en fait comme un sandwich composé de deux « morceaux de pain » protéinés avec une couche grasse de « beurre » au milieu, c'est-à-dire a une structure à trois couches et non à deux couches.

Sur cette image, les petites boules bleues et blanches correspondent aux « têtes » hydrophiles (mouillables) des lipides, et les « 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 présentées. Les points ovales jaunes à l'intérieur de la membrane sont des molécules de cholestérol. Des chaînes de perles jaune-vert sont placées dessus. dehors membranes - chaînes d'oligosaccharides qui forment le glycocalice. Un glycocalyx est une sorte de « peluche » glucidique (« sucre ») sur une membrane, formée par de longues molécules glucidiques-protéiques qui en dépassent.

La vie est un petit « sac protéique-graisse » rempli d’un contenu semi-liquide ressemblant à de la gelée, imprégné de films et de tubes.

Les parois de ce sac sont formées d'un double film gras (lipidique), recouvert à l'intérieur et à l'extérieur de protéines : la membrane cellulaire. C'est pourquoi ils disent que la membrane a structure à trois couches : protéines-graisses-protéines. À l’intérieur de la cellule se trouvent également de nombreuses membranes graisseuses similaires qui la divisent. espace intérieur dans des compartiments. Les mêmes membranes entourent les organites cellulaires : noyau, mitochondries, chloroplastes. La membrane est donc une structure moléculaire universelle commune à toutes les cellules et à tous les organismes vivants.

À gauche, il ne s’agit plus d’un modèle réel, mais d’un modèle artificiel d’un morceau de membrane biologique : il s’agit d’un instantané instantané d’une bicouche de phospholipides gras (c’est-à-dire une double couche) en cours de simulation de dynamique moléculaire. La cellule de calcul du modèle est affichée - 96 molécules PC ( F osphatidyle X olina) et 2304 molécules d'eau, pour un total de 20544 atomes.

À droite se trouve un modèle visuel d’une molécule unique du même lipide à partir de laquelle la bicouche lipidique membranaire est assemblée. Au sommet, il a une tête hydrophile (qui aime l'eau), et en bas il y a deux queues hydrophobes (qui ont peur de l'eau). Ce lipide a un nom simple : 1-stéroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycéro-3-phosphatidylcholine (18:0/22:6(n-3)cis PC), mais vous n'avez pas besoin de vous en souvenir, sauf si vous vous envisagez de faire s'évanouir votre professeur avec la profondeur de vos connaissances.

Une définition scientifique plus précise d'une cellule peut être donnée :

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

L’intérieur de la cellule est également imprégné de membranes, et entre les membranes il n’y a pas d’eau, mais un gel/sol visqueux de densité variable. Par conséquent, les molécules en interaction dans une cellule ne flottent pas librement, comme dans un tube à essai contenant une solution aqueuse, mais reposent principalement (immobilisées) sur des structures cytosquelettiques polymères ou des membranes intracellulaires. Et les réactions chimiques se déroulent donc à l’intérieur de la cellule presque comme dans un solide plutôt que dans un liquide. La membrane externe entourant la cellule est également tapissée d’enzymes et de récepteurs moléculaires, ce qui en fait une partie très active de la cellule.

La membrane cellulaire (plasmalemme, plasmolemme) est une membrane active qui sépare la cellule de l'environnement et la relie à l'environnement. © Sazonov V.F., 2016.

De cette définition d'une membrane il résulte qu'elle limite non seulement la cellule, mais travaillant activement, le connectant à son environnement.

La graisse qui compose les membranes est spéciale, c'est pourquoi ses molécules sont généralement appelées non seulement graisse, mais "lipides", "phospholipides", "sphingolipides". Le film membranaire est double, c'est-à-dire qu'il est constitué de deux films collés ensemble. Par conséquent, dans les manuels, ils écrivent que la base de la membrane cellulaire est constituée de deux couches lipidiques (ou " bicouche", c'est-à-dire une double couche). Pour chaque couche lipidique individuelle, un côté peut être mouillé avec de l'eau, mais l'autre ne le peut pas. Ainsi, ces films adhèrent précisément les uns aux autres grâce à leurs côtés non mouillables.

Membrane bactérienne

La paroi cellulaire procaryote des bactéries à Gram négatif est constituée de plusieurs couches, illustrées dans la figure ci-dessous.
Couches de la coquille des bactéries à Gram négatif :
1. Membrane cytoplasmique interne à trois couches, en contact avec le cytoplasme.
2. Paroi cellulaire, constituée de muréine.
3. La membrane cytoplasmique externe à trois couches, qui possède le même système de lipides avec des complexes protéiques que la membrane interne.
La communication des cellules bactériennes à Gram négatif avec le monde extérieur à travers une structure aussi complexe en trois étapes ne leur donne pas d'avantage en termes de survie dans des conditions difficiles par rapport aux bactéries à Gram positif qui ont une membrane moins puissante. Ils ne le tolèrent pas aussi bien hautes températures, acidité accrue et les changements 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 adipeux membranaire. Ce sont des graisses, des alcools, des gaz. Par exemple, dans les globules rouges, l’oxygène et le dioxyde de carbone entrent et sortent facilement directement à travers la membrane. Mais l'eau et les substances solubles dans l'eau (par exemple les ions) ne peuvent tout simplement pas traverser la membrane pour pénétrer dans une cellule. Cela signifie qu'ils nécessitent des trous spéciaux. Mais si vous faites simplement un trou dans le film graisseux, celui-ci se refermera immédiatement. Ce qu'il faut faire? Une solution a été trouvée dans la nature : il est nécessaire de réaliser des structures spéciales de transport des protéines et de les étirer à travers la membrane. C'est exactement ainsi que se forment les canaux pour le passage des substances liposolubles - les canaux ioniques de la membrane cellulaire.

Ainsi, pour conférer à sa membrane des propriétés supplémentaires de perméabilité aux molécules polaires (ions et eau), la cellule synthétise des protéines particulières dans le cytoplasme, qui sont ensuite intégrées à la membrane. Ils sont de deux types : protéines de transport (par exemple, les ATPases de transport) et protéines formant des canaux (créateurs de chaînes). Ces protéines sont incrustées dans la double couche graisseuse de la membrane et forment des structures de transport sous forme de transporteurs ou sous forme de canaux ioniques. Diverses substances solubles dans l'eau qui autrement ne pourraient pas traverser le film membranaire graisseux peuvent désormais traverser ces structures de transport.

En général, les protéines incorporées dans la membrane sont également appelées intégral, précisément parce qu'ils semblent être inclus dans la membrane et la traverser. D'autres protéines, non intégrales, forment en quelque sorte des îlots « flottants » à la surface de la membrane : soit sur sa 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 !

conclusions

1. En général, la membrane s'avère être à trois couches :

1) couche externe d’« îles » protéiques

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

3) couche intérieure des "îles" protéiques.

Mais il existe également une couche externe lâche : le glycocalyx, qui est formé de glycoprotéines dépassant de la membrane. Ce sont des récepteurs moléculaires auxquels se lient les substances de contrôle de la signalisation.

2. Des structures protéiques spéciales sont intégrées à la membrane, garantissant sa perméabilité aux ions ou à d'autres substances. Il ne faut pas oublier qu'à certains endroits, la mer de graisse est imprégnée de part en part de protéines intégrales. Et ce sont les protéines intégrales qui forment des ouvrages de transport membrane cellulaire (voir section 1_2 Mécanismes de transport membranaire). Grâce à eux, les substances pénètrent dans la cellule et sont également évacuées de la cellule vers l'extérieur.

3. De n'importe quel côté de la membrane (externe et interne), ainsi qu'à l'intérieur de la membrane, peuvent être localisées des protéines enzymatiques qui affectent à la fois l'état de la membrane elle-même et la vie de la cellule entière.

La membrane cellulaire est donc une structure active et variable qui travaille activement dans l'intérêt de la cellule entière et la relie au monde extérieur, et n'est pas seulement une « coque protectrice ». C’est la chose la plus importante que vous devez savoir sur la membrane cellulaire.

En médecine, les protéines membranaires sont souvent utilisées comme « cibles » pour médicaments. Ces cibles comprennent les récepteurs, les canaux ioniques, les enzymes et les systèmes de transport. DANS Dernièrement Outre la membrane, les gènes cachés dans le noyau cellulaire deviennent également des cibles pour les médicaments.

Vidéo:Introduction à la biophysique de la membrane cellulaire : Structure membranaire 1 (Vladimirov Yu.A.)

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

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

Membranes cellulaires

L’organisation structurelle d’une cellule repose sur 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.

Actuellement, le modèle de mosaïque liquide de la structure de la membrane est généralement accepté.

La membrane repose sur une bicouche lipidique formée principalement phospholipides. Les lipides constituent en moyenne ≈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 fondamentales 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 protéines transmembranaires - protéines qui pénètrent dans la membrane, entrant 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 ;

© maintenir la structure de la membrane ;

© recevoir et convertir les signaux de l'environnement.

La membrane peut contenir de 2 à 10 % de glucides. La composante glucidique des membranes est généralement 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 fonctions des glucides dans la membrane cellulaire ne sont pas entièrement comprises, mais on peut dire qu'ils assurent les fonctions réceptrices de la membrane.

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

Les molécules de protéines et de lipides sont mobiles et 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 fonctions principales 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 complètement imperméables) à d'autres. Perméabilité de la membrane pour différentes substances dépend à la fois 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 de substances à travers la membrane (Fig. 281). Selon la nécessité d'utiliser de l'énergie pour transporter des substances, il existe :

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

© transport actif- des transports consommateurs d'énergie.

Le transport passif repose sur la différence de concentrations et de 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, 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.

Il existe trois mécanismes principaux de transport passif :

© Diffusion simple- le transport de substances directement à travers la bicouche lipidique. Les gaz, les molécules apolaires ou les petites molécules polaires non chargées le traversent facilement. Plus la molécule est petite et plus elle est liposoluble, plus elle pénètre rapidement dans la membrane. Il est intéressant de noter que l’eau, bien qu’elle soit relativement insoluble dans les graisses, pénètre très rapidement dans la bicouche lipidique. Cela s'explique par le fait que sa molécule est petite et électriquement neutre. La diffusion de l'eau à travers les membranes est appelée par osmose.

© Diffusion facilitée- transport de substances utilisant des moyens spéciaux

protéines de transport, dont chacune est responsable du transport de molécules spécifiques ou de groupes de molécules apparentées. Ils interagissent avec la molécule de la substance transportée et la déplacent d'une manière ou d'une autre à travers la membrane. De cette manière, 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 transport de molécules à travers la membrane contre un gradient électrochimique. Ce transport est réalisé par des protéines porteuses, dont l'activité nécessite de l'énergie. 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 - vice versa. Par conséquent, K se 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 l'environnement extérieur. Ceci est possible car la membrane, grâce à la présence d'une pompe (Na + K), pompe activement Na hors de la cellule et K dans la cellule. Le fonctionnement de la pompe (Na + K) consomme près d'un tiers de toute l'énergie nécessaire à la vie de la cellule.

La pompe est une protéine membranaire transmembranaire spéciale capable de changements de conformation, grâce auxquels elle peut attacher à la fois les ions K et Na. Le cycle de fonctionnement d'une pompe (Na + K) se compose de plusieurs phases (Fig. 282) :

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

© Les ions Na se combinent avec une molécule protéique 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 entraîne la pompe ;

© le phosphate libéré lors de l'hydrolyse de l'ATP se fixe à la protéine, c'est-à-dire qu'une phosphorylation de la protéine se produit ;

La phosphorylation provoque des changements conformationnels dans la protéine, elle devient incapable de retenir les ions Na - ils sont libérés et quittent la cellule ;

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

© l'ajout d'ions K provoque une déphosphorylation de la protéine, à la suite de laquelle elle change à nouveau de 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 des ions Na à elle-même.

Au cours d'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 supérieure à celle pour Na. ions. En conséquence, K diffuse passivement hors de la cellule plus rapidement que Na dans la cellule.

La pinocytose est le processus de capture et d'absorption de gouttelettes de liquide contenant des substances dissoutes.

Exocytose- processus d'élimination diverses substances de la cellule. Lors de l'exocytose, la membrane de la vésicule (ou vacuole), au contact de la membrane cytoplasmique externe, fusionne avec elle. Le contenu de la vésicule est éliminé à l'extérieur du trou et sa membrane est incluse dans 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 de structure plus complexe que celles des procaryotes.

Comme on le sait, 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 reproduire. structure interne les cellules sont très complexes et dépendent principalement de la fonction qu’elles remplissent dans un organisme multicellulaire.

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

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

2. Cytoplasme avec organites.

Riz. 2. Principales parties d'une cellule eucaryote

Le terme « membrane » a été proposé il y a environ cent ans 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 une hypothèse sur la structure de la membrane élémentaire, selon laquelle les membranes cellulaires des animaux et des plantes sont construites selon le même type.

En 1972, Singer et Nicholson l'ont proposé, qui est désormais généralement accepté. Selon ce modèle, la base de toute membrane est une bicouche de phospholipides.

Les phospholipides (composés contenant un groupe phosphate) ont des molécules constituées d'une tête polaire et de deux queues non polaires (voir Figure 3).

Riz. 3. Phospholipide

Dans la bicouche phospholipidique, des résidus hydrophobes Les acides gras tournées vers l'intérieur, et les têtes hydrophiles, y compris le 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 se déplacer et changer de position.

Une double couche de lipides assure la fonction barrière de la membrane, empêchant le contenu de la cellule de se propager et empêchant les substances toxiques de pénétrer 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 niaient l'existence de la membrane plasmique et pensaient qu'il existait une interface entre le contenu colloïdal vivant et l'environnement, mais Pfeffer (botaniste et physiologiste des plantes allemand) confirma son existence en 1890.

Au début du siècle dernier, Overton (physiologiste et biologiste britannique) a découvert que le taux de pénétration de nombreuses substances dans les globules rouges est directement proportionnel 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) isolèrent les lipides de la membrane cellulaire des globules rouges. Ils répartissaient les lipides résultants à la surface de l’eau, sur une épaisseur d’une molécule. Il s’est avéré que la surface occupée par la couche lipidique est deux fois supérieure. plus de superficie l'érythrocyte lui-même. Par conséquent, ces scientifiques ont conclu que la membrane cellulaire est constituée non pas d’une, mais de deux couches de lipides.

Dawson et Danielli (biologistes anglais) ont suggéré en 1935 que dans les membranes cellulaires, la couche bimoléculaire lipidique est prise en sandwich 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, l'opportunité s'est ouverte de se familiariser avec la structure de la membrane, puis il a été découvert 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 J.D. 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.

Les 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 apparaissent tous en trois couches.

3. L'apparence à trois couches de la membrane est le résultat exact de la disposition des protéines et des lipides polaires prévue par le modèle de Dawson et Danielli : la bicouche lipidique centrale est prise en sandwich entre deux couches de protéines.

Cette hypothèse sur la structure de la « membrane élémentaire » a subi diverses modifications et a été avancée en 1972. modèle de membrane en mosaïque fluide(voir Fig. 7), qui est désormais généralement acceptée.

Riz. 7. Modèle de membrane liquide-mosaïque

Les molécules protéiques baignent dans la bicouche lipidique de la membrane ; elles forment une mosaïque mobile. En fonction de leur emplacement dans la membrane et de la méthode d'interaction avec la bicouche lipidique, les protéines peuvent être divisées en :

- superficiel (ou périphérique) des 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 auquel elles sont intégrées dans la région hydrophobe de la bicouche. Ils peuvent être complètement immergés ( intégral) ou partiellement immergé ( semi-intégral), et peut également pénétrer dans 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. Grâce à ces protéines, la cellule perçoit diverses influences à sa surface. Autrement dit, ils lient spécifiquement des composés tels que les hormones, les neurotransmetteurs et les 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. Transport. Ces protéines transportent certaines substances à travers la membrane et forment également des canaux par lesquels divers ions sont transportés vers et hors de la cellule.

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

Transport de substances à travers la membrane

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

Il existe deux types de transports : passifs et actifs.

Transport passif

Le transport passif est le transfert de molécules le long d'un gradient de concentration. C'est-à-dire qu'elle est déterminée uniquement par la différence de concentration de la substance transférée sur les côtés opposés de la membrane et est réalisée sans dépense d'énergie.

Il existe deux types de transports passifs :

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

Riz. 8. Diffusion simple

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

Riz. 9. Diffusion facilitée

Deux types de protéines de transport membranaire sont connues : les protéines porteuses (translocases) et les protéines formatrices de 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 pour la simple diffusion, ne nécessite pas de dépense d'énergie ATP.

Les particules alimentaires ne peuvent pas traverser la membrane ; elles pénètrent dans la cellule par endocytose (voir Fig. 10). Lors de l'endocytose, la membrane plasmique forme des invaginations et des projections et capture les particules alimentaires solides. Une vacuole (ou vésicule) se forme autour du bolus alimentaire, qui se détache ensuite de la membrane plasmique, et la particule solide contenue dans la vacuole se retrouve 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, suspension).

Exocytose(voir Fig. 11) est un processus inverse de l'endocytose. Les substances synthétisées dans la cellule, telles que les hormones, sont conditionnées dans des vésicules membranaires qui s'adaptent à la membrane cellulaire, y sont incorporées et le contenu de la vésicule est libéré de la cellule. De la même manière, la cellule peut se débarrasser des déchets dont elle n’a pas besoin.

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 faible concentration vers une zone à concentration plus élevée. Puisque ce 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, le mieux étudié est ce qu’on appelle la pompe sodium-potassium. 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 et transmettent ces informations à l'intérieur de la cellule, lui permettant de réagir rapidement aux changements de l'environnement).

En plus de ce qui précède, la membrane remplit également des fonctions métaboliques et de transformation d'énergie.

Fonction métabolique

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

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

Fonction de conversion d'énergie

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

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

Riz. 12. Mitochondries et chloroplaste

Bibliographie

1. Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Biologie générale Outarde 10-11, 2005.
2. La biologie. 10 e année. Biologie générale. Niveau de base / P.V. Ijevski, O.A. Kornilova, T.E. Loshchilina et autres - 2e éd., révisé. - Ventana-Graf, 2010. - 224 p.
3. Belyaev D.K. Biologie 10-11e année. Biologie générale. Un niveau de base de. - 11e éd., stéréotype. - M. : Éducation, 2012. - 304 p.
4. Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Biologie 10-11e année. Biologie générale. Un niveau de base de. - 6e éd., ajouter. - Outarde, 2010. - 384 p.

1. Ayzdorov.ru ().
2. Youtube.com().
3. Docteur-v.ru ().
4. Animaux-monde.ru ().

Devoirs

1. Quelle est la structure de la membrane cellulaire ?
2. Grâce à quelles propriétés les lipides sont-ils capables de 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 se produit le transport passif à travers une membrane ?
6. Comment se produit le transport actif à travers une 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 à la fois extrêmement visqueuses et plastiques qui entourent toutes les cellules vivantes. Fonctions des membranes cellulaires :

1. La membrane plasmique est une barrière qui maintient la 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 la structure membranaire. Selon ce modèle, les membranes fonctionnelles sont une solution bidimensionnelle de protéines intégrales globulaires dissoutes dans une matrice phospholipidique liquide. Ainsi, la base des membranes est une couche lipidique bimoléculaire, avec un agencement ordonné de molécules.

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

Propriétés des membranes :

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. Les molécules de nature lipidique, telles que les hormones stéroïdes, pénètrent également facilement dans la bicouche.

2. Liquidité. La bicouche lipidique a une structure cristalline liquide, puisque la couche lipidique est généralement liquide, mais elle présente 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 phospholipidiques sont possibles : le saut périlleux (en littérature scientifique appelée « flip-flop ») et diffusion latérale. Dans le premier cas, les molécules de phospholipides opposées dans la couche bimoléculaire se retournent (ou font un saut périlleux) 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 impliquent une dépense énergétique et se produisent très rarement. Le plus souvent, on observe des rotations autour de l'axe (rotation) et une diffusion latérale - mouvement à l'intérieur de la couche parallèle à la surface de la membrane.

3. Asymétrie de la membrane. Les surfaces d'une même membrane diffèrent par la composition en lipides, protéines et glucides (asymétrie transversale). Par exemple, les phosphatidylcholines prédominent dans la couche externe, et les phosphatidyléthanolamines et les phosphatidylsérines prédominent dans la couche interne. Les composants glucidiques des glycoprotéines et des glycolipides remontent à la surface externe, formant une structure continue appelée glycocalyx. Il n'y a pas de glucides sur la surface interne. Protéines - les récepteurs hormonaux sont situés sur la surface externe de la membrane plasmique, et les enzymes qu'ils régulent - l'adénylate cyclase, la phospholipase C - sur la surface interne, 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. Il s'agit d'enzymes, de protéines de transport, de protéines structurales, d'antigènes, dont les antigènes du système majeur d'histocompatibilité, de récepteurs de diverses molécules.

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

Transfert de matière et d'informations à travers les membranes

Les membranes cellulaires ne sont pas des cloisons hermétiquement fermées. L’une des fonctions principales des membranes est la régulation du transfert de substances et d’informations. Le mouvement transmembranaire des petites molécules se produit 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 s'effectue 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 cAMP), soit il est internalisé, couplé à une endocytose (par exemple, LDL - récepteur LDL).

La diffusion simple est la pénétration de substances dans une cellule selon un gradient électrochimique. Dans ce cas, aucun coût énergétique n'est requis. Le taux de diffusion simple est déterminé 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 selon un gradient de concentration, sans dépense d'énergie, mais avec 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 est caractérisée par une sélectivité élevée, car la protéine porteuse possède un centre actif complémentaire à la substance transportée ; 2) le taux de diffusion facilitée peut atteindre un plateau, car le nombre de molécules porteuses est limité.

Certaines protéines de transport transfèrent simplement une substance d’un côté à l’autre de la membrane. Ce simple transfert est appelé uniport passif. Un exemple d'uniport est celui des GLUT, des transporteurs de glucose qui transportent 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 le même sens, appelé symport passif, soit dans le sens opposé, appelé antiport passif. Les translocases de la membrane mitochondriale interne, en particulier la translocase ADP/ATP, fonctionnent par le mécanisme antiport passif.

Lors du transport actif, le transfert d'une substance s'effectue à contre-courant d'un gradient de concentration et est donc associé à des coûts énergétiques. Si le transfert de ligands à travers la membrane est associé à une dépense d’énergie ATP, alors ce 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 un gradient de concentration dépend du transport simultané ou séquentiel de Na + (ions sodium) le long du gradient de concentration. De plus, si le ligand est transféré dans la même direction que Na +, le processus est appelé symport actif. Selon le mécanisme du symport actif, le glucose est absorbé par 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 ;
• 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. Grâce à la membrane cellulaire, l’eau, l’oxygène et nutriments, et grâce à lui, 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 des substances dans la cellule ;
3. Assure 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