Par le Dr David Warmflash • Mis à jour le 30 août 2022
La membrane cellulaire sert de barrière sélective, isolant l’environnement intracellulaire du monde aqueux environnant. La vie a évolué dans l’eau, les cellules avaient donc besoin d’un mécanisme pour séparer leur intérieur hydrophile des composants hydrophobes qui composent la membrane. Cette nécessité a donné naissance à la bicouche lipidique, une structure qui à la fois protège et régule le flux de molécules.
Les grosses molécules composées presque entièrement de carbone et d'hydrogène, comme les graisses, les huiles et les cires, sont non polaires ou hydrophobes. Dans l’eau, ils ont tendance à se regrouper pour former des gouttelettes huileuses. En revanche, les molécules contenant de l’oxygène, de l’azote ou du phosphore portent des charges positives et négatives distinctes, ce qui les rend polaires. Parce que l'eau elle-même est polaire, ces molécules se dissolvent facilement, ce qui leur vaut l'étiquette « hydrophile » ou « qui aime l'eau ».
Les phospholipides sont amphiphiles, ce qui signifie qu'ils possèdent à la fois des régions hydrophobes et hydrophiles. Leur colonne vertébrale est le glycérol, une chaîne à trois carbones qui relie les queues d'acides gras via des liaisons ester. Lorsqu’un groupe phosphate s’attache au troisième carbone, la molécule devient un phospholipide. Le phosphate est généralement lié à un groupe de tête hautement polaire, tel que la choline dans la phosphatidylcholine, tandis que les deux queues d'acide gras restent hydrophobes.
Tous les phospholipides partagent la queue hydrophobe et la tête polaire, mais ils diffèrent par la longueur de la chaîne d'acide gras et la chimie du groupe de tête. Par exemple, la phosphatidylcholine contient une tête choline, tandis que la phosphatidyléthanolamine porte un groupe éthanolamine. Ces variations influencent la fluidité membranaire, la courbure et les interactions protéiques.
Dans les cellules eucaryotes, les phospholipides sont assemblés dans le cytoplasme adjacent au réticulum endoplasmique (RE). Les enzymes liées au ER catalysent l'ajout d'acides gras aux squelettes du glycérol, formant des vésicules qui bourgeonnent et fusionnent avec la membrane plasmique, déposant ainsi de nouveaux phospholipides et élargissant la surface de la membrane.
Lorsque la concentration de phospholipides est faible, les molécules s'agrègent en micelles, une sphère avec des têtes hydrophiles tournées vers l'eau et des queues hydrophobes vers l'intérieur. À mesure que la concentration augmente, les phospholipides se réorientent en une bicouche :deux feuillets de phospholipides, chacun avec des têtes hydrophiles vers l'extérieur et des queues hydrophobes se faisant face dans le noyau de la membrane. Cet agencement crée trois couches fonctionnelles :la couche de tête externe, le noyau de queue interne et la couche de tête interne, d'où le terme "trilaminaire".
Le modèle trilaminaire est fondamental pour comprendre comment les cellules maintiennent l'homéostasie, régulent le transport et émettent des signaux internes et externes.