Les molécules biologiques sont amphiphiles ou amphipathiques, c’est-à-dire qu’elles sont simultanément hydrophobes et hydrophiles. La bicouche phospholipidique contient des groupes de tête hydrophiles chargés, qui interagissent avec l’eau polaire. Les couches contiennent également des queues hydrophobes, qui rencontrent les queues hydrophobes de la couche complémentaire. Les queues hydrophobes sont généralement des acides gras de longueurs différentes. Les interactions des lipides, notamment les queues hydrophobes, déterminent les propriétés physiques de la bicouche lipidique telles que la fluidité.
Les membranes des cellules définissent généralement des espaces clos ou des compartiments dans lesquels les cellules peuvent maintenir un environnement chimique ou biochimique différent de l’extérieur. Par exemple, la membrane autour des peroxysomes protège le reste de la cellule des peroxydes, des produits chimiques qui peuvent être toxiques pour la cellule, et la membrane cellulaire sépare une cellule de son milieu environnant. Les peroxysomes sont une forme de vacuole présente dans la cellule qui contient les sous-produits des réactions chimiques au sein de la cellule. La plupart des organites sont définis par de telles membranes et sont appelés organites « membranaires ».
Perméabilité sélectiveEdit
Probablement, la caractéristique la plus importante d’une biomembrane est qu’elle est une structure sélectivement perméable. Cela signifie que la taille, la charge et les autres propriétés chimiques des atomes et des molécules qui tentent de la traverser détermineront s’ils y parviennent. La perméabilité sélective est essentielle à la séparation efficace d’une cellule ou d’un organite de son environnement. Les membranes biologiques ont également certaines propriétés mécaniques ou élastiques qui leur permettent de changer de forme et de se déplacer selon les besoins.
En général, les petites molécules hydrophobes peuvent facilement traverser les bicouches phospholipidiques par simple diffusion.
Les particules nécessaires à la fonction cellulaire mais incapables de diffuser librement à travers une membrane entrent par une protéine de transport membranaire ou sont prises en charge par le biais de l’endocytose, où la membrane permet à une vacuole de s’y joindre et de pousser son contenu dans la cellule. De nombreux types de membranes plasmatiques spécialisées peuvent séparer la cellule de l’environnement extérieur : les membranes apicales, basolatérales, présynaptiques et postsynaptiques, les membranes des flagelles, des cils, des microvillosités, des filopodes et des lamellipodes, le sarcolemme des cellules musculaires, ainsi que les membranes spécialisées de la myéline et des épines dendritiques des neurones. Les membranes plasmatiques peuvent également former différents types de structures « supramembranaires » telles que les cavéoles, la densité postsynaptique, le podosome, l’invadopode, le desmosome, l’hémidesmosome, l’adhésion focale et les jonctions cellulaires. Ces types de membranes diffèrent par leur composition lipidique et protéique.
Des types distincts de membranes créent également des organites intracellulaires : endosome ; réticulum endoplasmique lisse et rugueux ; réticulum sarcoplasmique ; appareil de Golgi ; lysosome ; mitochondrie (membranes interne et externe) ; noyau (membranes interne et externe) ; peroxysome ; vacuole ; granules cytoplasmiques ; les vésicules cellulaires (phagosome, autophagosome, vésicules à revêtement de clathrine, vésicules à revêtement COPI et COPII) et les vésicules sécrétoires (dont le synaptosome, les acrosomes, les mélanosomes et les granules de chromaffine).Les différents types de membranes biologiques ont des compositions lipidiques et protéiques diverses. Le contenu des membranes définit leurs propriétés physiques et biologiques. Certains composants des membranes jouent un rôle clé en médecine, comme les pompes d’efflux qui pompent les médicaments hors d’une cellule.
FluiditéEdit
Le noyau hydrophobe de la bicouche phospholipidique est constamment en mouvement à cause des rotations autour des liaisons des queues lipidiques. Les queues hydrophobes d’une bicouche se plient et se verrouillent entre elles. Cependant, en raison de la liaison hydrogène avec l’eau, les groupes de tête hydrophiles présentent moins de mouvement car leur rotation et leur mobilité sont limitées. Il en résulte une augmentation de la viscosité de la bicouche lipidique plus proche des têtes hydrophiles.
Au-dessous d’une température de transition, une bicouche lipidique perd sa fluidité lorsque les lipides très mobiles présentent moins de mouvement devenant un solide semblable à un gel. La température de transition dépend de composants de la bicouche lipidique tels que la longueur de la chaîne hydrocarbonée et la saturation de ses acides gras. La fluidité en fonction de la température constitue un attribut physiologique important pour les bactéries et les organismes à sang froid. Ces organismes maintiennent une fluidité constante en modifiant la composition en acides gras des lipides de la membrane en fonction des différentes températures.
Dans les cellules animales, la fluidité de la membrane est modulée par l’inclusion du stérol cholestérol. Cette molécule est présente en quantité particulièrement importante dans la membrane plasmique, où elle constitue environ 20 % des lipides de la membrane en poids. Les molécules de cholestérol étant courtes et rigides, elles remplissent les espaces entre les molécules de phospholipides voisines laissés par les plis de leurs queues hydrocarbonées insaturées. De cette façon, le cholestérol tend à rigidifier la bicouche, la rendant plus rigide et moins perméable.
Pour toutes les cellules, la fluidité de la membrane est importante pour de nombreuses raisons. Elle permet aux protéines membranaires de diffuser rapidement dans le plan de la bicouche et d’interagir les unes avec les autres, ce qui est crucial, par exemple, dans la signalisation cellulaire. Elle permet aux lipides et aux protéines membranaires de diffuser depuis les sites où ils sont insérés dans la bicouche après leur synthèse vers d’autres régions de la cellule. Elle permet aux membranes de fusionner entre elles et de mélanger leurs molécules, et elle garantit que les molécules membranaires sont réparties uniformément entre les cellules filles lorsqu’une cellule se divise. Si les membranes biologiques n’étaient pas fluides, il est difficile d’imaginer comment les cellules pourraient vivre, croître et se reproduire.