( Trafic intracellulaire ) Synthèse et flux des protéines et des membranes

Introduction

Chaque cellule de votre corps est enveloppée dans une minuscule bulle de membrane. Cette membrane a la consistance d'une...vinaigrette11start superscript, 1, end superscript. La première fois que j'ai lu cette information, je n'ai pas trouvé ça très rassurant ! La vinaigrette semble terriblement peu solide pour servir de barrière entre une cellule et le reste du monde. Heureusement, la membrane plasmique se révèle être tout à fait adaptée à son job malgré sa texture de vinaigrette.

Quel est exactement son job ? La membrane plasmique définit non seulement les bords de la cellule, mais elle permet également à la cellule d'interagir avec son environnement de manière contrôlée. Les cellules doivent pouvoir rejeter, accueillir et excréter différentes substances, toutes en quantités spécifiques. De plus, elles doivent être en mesure de communiquer avec d'autres cellules, de s'identifier et de partager des informations.

Pour remplir ces rôles, la membrane plasmique a besoin de lipides qui créent une barrière semi-perméable entre la cellule et son environnement. Elle a également besoin de protéines, qui sont elles impliquées dans le transport transmembranaire et la communication cellulaire. Enfin, elle a besoin de glucides (sucres et chaînes de sucre), qui ornent à la fois les protéines et les lipides et aident les cellules à se reconnaître mutuellement.

Ici, nous allons examiner de plus près les différents composants de la membrane plasmique, en nous intéressant à leurs rôles, leur diversité et la façon dont ils travaillent ensemble pour créer une barrière souple, sensible et sécurisée autour de la cellule.

Le modèle de la mosaïque fluide

Le modèle actuellement en vigueur pour la structure de la membrane plasmique s'appelle le modèle de la mosaïque fluide, proposé pour la première fois en 1972. Ce modèle a évolué au fil du temps mais il fournit toujours une bonne description de la structure et du comportement des membranes de nombreuses cellules.

Selon le modèle de la mosaïque fluide, la membrane plasmique est une mosaïque de composants — principalement des phospholipides, du cholestérol et des protéines - qui se déplacent librement et avec fluidité au sein de la membrane. En d'autres termes, un schéma de la membrane (comme celui ci-dessous) n'est qu'un aperçu d'un processus dynamique dans lequel les phospholipides et les protéines se déplacent continuellement les uns à côté des autres.

Fait intéressant, cette fluidité signifie que si vous insérez une très fine aiguille dans une cellule, la membrane s'espacera simplement pour se déplacer autour de l'aiguille. Une fois que l'on enlève l'aiguille, la membrane se remettra en place de façon homogène.

Les composants principaux de la membrane plasmique sont les lipides (les phospholipides et le cholestérol), les protéines et les groupes de glucides qui sont eux attachés à certains lipides et protéines.

• Un phospholipide est un lipide composé de glycérol, de deux queues d'acide gras et d'une tête avec un groupement phosphate. Les membranes biologiques présentent généralement deux couches de phospholipides avec leurs queues pointant vers l'intérieur, un ensemble que l'on appelle double couche lipidique ou bicouche de phospholipides.
• Le cholestérol est un autre lipide, composé de quatre cycles carbonés. On le trouve aux côtés des phospholipides dans le cœur de la membrane.
• Les protéines des membranes peuvent s'étendre jusque dans la membrane plasmique, traverser la membrane entièrement, ou être librement fixées à son côté intérieur ou extérieur.
• Les groupes glucidiques ne sont présents que sur la surface extérieure de la membrane plasmique, et sont soit attachés à des protéines, ce qui forme des glycoprotéines, soit attachés à des lipides, ce qui forme des glycolipides.

Les proportions de protéines, de lipides et de glucides dans la membrane plasmique varient en fonction des différents types de cellules. Pour une cellule humaine classique, les protéines représentent environ 50 % de la composition de masse, les lipides (de tous types) représentent environ 40 %, et les 10 % restants proviennent des glucides.

Les phospholipides

Les phospholipides, disposés en double couche, constituent le tissu de base de la membrane plasmique. Ils sont bien adaptés à ce rôle parce qu'ils sont amphipathiques, ce qui signifie qu'ils ont un côté hydrophile et un côté hydrophobe.

La partie hydrophile, ou "qui aime l'eau," est la tête du phospholipide. Elle contient un groupe phosphate chargé négativement ainsi qu'un petit groupe supplémentaire (d'identité variable, notée « R » dans le schéma), qui peut également être soit chargé soit polaire. Les têtes hydrophiles des phospholipides dans une membrane double couche sont orientées vers l'extérieur. Elles sont en contact avec le fluide aqueux (eau) à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Puisque l'eau est une molécule polaire, elle peut facilement avoir des interactions électrostatiques (basées sur la charge) avec les têtes phospholipides.

La partie hydrophobe, ou "ayant peur de l'eau," du phospholipide se compose de ses longues queues d'acides gras non polaires. Les queues d'acide gras peuvent facilement interagir avec d'autres molécules non polaires, mais elles interagissent mal avec l'eau. C'est pourquoi il est plus favorable d'un point de vue énergétique pour les phospholipides de positionner leurs queues d'acide gras à l'intérieur de la membrane, où elles sont protégées de l'eau qui les entoure. La double couche de phospholipide formée par ces interactions est une bonne barrière entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule parce que l'eau et les autres substances polaires ou chargées ne peuvent pas facilement traverser le noyau hydrophobe de la membrane. 

Grâce à leur nature amphipathique, les phospholipides ne sont pas uniquement bien adaptés pour former une membrane bicouche. En fait, c'est quelque chose qu'ils font spontanément s'ils se trouvent dans les bonnes conditions ! Dans l'eau ou dans une solution aqueuse, les phospholipides tendent à s'agencer avec leurs queues hydrophobes se faisant face, et leurs têtes hydrophiles qui regardent vers l'extérieur. Si les phospholipides ont de petites queues, ils peuvent former une micelle (une petite sphère à une seule couche), alors que s'ils ont des queues plus volumineuses, ils peuvent former un liposome (une gouttelette creuse de membrane bicouche)22squared.

Les protéines

Les protéines sont le deuxième composant principal des membranes plasmiques. Il existe deux catégories principales de protéines membranaires : les intégrales et les périphériques. 

Les protéines intégrales de membrane sont, comme leur nom l'indique, intégrées dans la membrane : elles ont au moins une zone hydrophobe qui les ancre au cœur hydrophobe de la double couche lipidique. Certaines ne s'attachent que partiellement à la membrane, tandis que d'autres s'étirent d'un côté à l'autre et sont alors exposées de chaque côté11start superscript, 1, end superscript. Les protéines qui s'étendent à travers toute la membrane sont appelées protéines transmembranaires.

Les parties d'une protéine membranaire intégrale, à l'intérieur de la membrane, sont hydrophobes, tandis que celles exposées au cytoplasme ou au fluide extracellulaire ont tendance à être hydrophiles. Les protéines transmembranaires peuvent traverser la membrane une seule fois ou peuvent avoir jusqu'à douze sections différentes dans la membrane. Un segment transmembranaire classique est constitué de 20 à 25 acides aminés hydrophobes disposés dans une hélice alpha, bien que toutes les protéines transmembranaires ne respectent pas exactement ce modèle. Certaines protéines membranaires intégrales forment un canal qui permet aux ions ou à d'autres petites molécules de passer, comme représenté ci-dessous.