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La fluidité des membranes cellulaires : pourquoi sont-elles si actives comme les liquides ?
Les cellules sont les unités de base de la vie, et la membrane cellulaire, qui est responsable de l’enveloppement et de la protection de l’environnement interne de la cellule, joue un rôle essentiel dans le fonctionnement des fonctions cellulaires. Depuis que les biologistes Seymour Jonathan Singer et Garth L. Nicolson ont proposé le « modèle de mosaïque fluide » en 1972, la communauté scientifique a acquis une nouvelle compréhension de la structure et de la fonction des membranes cellulaires. Ce modèle explique la composition chimique, la structure et la fluidité de la membrane cellulaire et révèle comment la membrane cellulaire fournit la flexibilité nécessaire à l'activité cellulaire.
La fluidité : l'élément constitutif des membranes cellulairesLe modèle de mosaïque fluide est un modèle qui résume les deux principales caractéristiques des membranes, la fluidité et la diversité, et guide de nombreuses études biologiques.
Le noyau de la membrane cellulaire est une bicouche lipidique composée de deux couches de membranes phospholipidiques, ce qui rend la membrane cellulaire fluide et élastique. Cette fluidité signifie que les molécules de protéines dans la membrane ne sont pas stationnaires mais sont libres de diffuser à travers le plan de la membrane à des vitesses différentes.
Les chercheurs ont démontré ces phénomènes grâce à des expériences de marquage, de diffraction des rayons X et de calorimétrie. Ces études ont révélé la nature dynamique des molécules au sein de la membrane cellulaire monolithique, en contraste frappant avec les modèles statiques antérieurs. De nombreux modèles antérieurs, tels que le modèle de membrane unitaire de Robertson et le modèle à trois couches de Davson-Danielli, n’ont pas réussi à expliquer complètement cette importante propriété dynamique.
Symétrie et asymétrie des membranesLes recherches modernes indiquent que les deux couches de la membrane cellulaire ne sont pas symétriques, mais présentent des divisions fonctionnelles spécifiques. Cette asymétrie a de profondes implications sur les processus biologiques tels que la transduction du signal. Le cholestérol et d’autres protéines en interaction se concentrent dans des radeaux lipidiques, permettant une signalisation cellulaire plus efficace dans ces petites limites.
La fluidité fournit de l’élasticité aux membranes cellulaires, permettant aux cellules de s’adapter aux changements environnementaux et de maintenir la stabilité interne.
Flexion et changement de forme des membranes
Les membranes cellulaires ne sont pas toujours plates. En raison de l'asymétrie des lipides et de leur organisation, la membrane cellulaire peut produire des courbures locales, particulièrement évidentes lors de la division cellulaire et de la formation de vésicules. Ces courbures sont généralement provoquées par un groupe de protéines (régions BAR) qui aident la membrane à se former en petites vésicules qui jouent un rôle dans divers processus d'organisation de la cellule.
Mouvement des lipides dans les membranes
Dans les années 1970, les scientifiques ont découvert que les molécules lipidiques individuelles peuvent diffuser librement latéralement dans les couches de membranes lipidiques. La vitesse de ces mouvements a surpris la communauté scientifique, car une molécule lipidique moyenne peut diffuser sur une distance de 2 micromètres en environ 1 seconde. Cependant, bien que les lipides puissent occasionnellement subir un mouvement de « retournement », ce processus est relativement rare et nécessite généralement l’aide d’une enzyme appelée flippase.
Limitation de la mobilité et de la formation de domaines membranaires
Bien que la diffusion libre se produise dans les membranes cellulaires, dans certains cas, le mouvement des lipides et des protéines est limité par la partition spatiale (zonation). Ces restrictions peuvent contribuer à la formation de radeaux lipidiques et de « barrières cytosquelettiques », qui affectent non seulement la structure globale de la membrane, mais également la signalisation et d’autres fonctions de la cellule.
Les radeaux lipidiques sont un composant important des membranes cellulaires et ont un impact significatif sur l'efficacité de la signalisation cellulaire.
Interaction et structure des protéines de la membrane cellulaire
Les protéines de la membrane cellulaire n'existent pas de manière isolée, mais sous forme de complexes. La liaison de ces protéines membranaires est cruciale pour les fonctions cellulaires telles que le transport des ions et des métabolites, la transduction du signal et l'adhésion cellulaire. De plus, ils se lient à la matrice extracellulaire et au filament du cytosquelette à l’intérieur de la cellule, et cette interaction joue un rôle important dans la forme et la structure de la membrane.
Revue d'histoire
L'histoire de la recherche sur les membranes cellulaires remonte à 1895, lorsque le scientifique Ernest Overton a proposé pour la première fois l'hypothèse selon laquelle les membranes cellulaires sont composées de lipides. Au fil du temps, de nombreux modèles et découvertes importants ont émergé, par exemple, en 1925, Evert Gorter et François Grendel ont décrit la structure à double couche de la membrane des globules rouges, et le modèle de mosaïque fluide est apparu en 1972, qui est toujours utilisé aujourd'hui. base de recherche.
En résumé, les caractéristiques de fluidité des membranes cellulaires et leur composition complexe constituent un problème central en biologie cellulaire. Ce modèle explique non seulement la dynamique structurelle et fonctionnelle des membranes cellulaires, mais a également inspiré de nombreuses études ultérieures. Les recherches futures permettront-elles d’en savoir plus sur les mystères de la membrane cellulaire et d’approfondir son rôle dans la circulation sanguine et les maladies ?
