5.1B: Modèle de mosaïque fluide

Le modèle de mosaïque fluide a été proposé pour la première fois par SJ Singer et Garth L. Nicolson en 1972 pour expliquer la structure de la membrane plasmique. Le modèle a quelque peu évolué au fil du temps, mais il tient toujours le mieux compte de la structure et des fonctions de la membrane plasmique telles que nous les comprenons maintenant. Le modèle de la mosaïque fluide décrit la structure de la membrane plasmique comme une mosaïque de composants – y compris les phospholipides, le cholestérol, les protéines et les glucides – qui donne à la membrane un caractère fluide. Les membranes plasma ont une épaisseur de 5 à 10 nm. A titre de comparaison, les globules rouges humains, visibles par microscopie optique, ont une largeur denviron 8 µm, soit environ 1 000 fois plus large quune membrane plasmique. Les proportions de protéines, de lipides et de glucides dans la membrane plasmique varient selon le type de cellule. Par exemple, la myéline contient 18% de protéines et 76% de lipides. La membrane interne mitochondriale contient 76% de protéines et 24% de lipides.

Le tissu principal de la membrane est composé de molécules phospholipidiques amphiphiles ou doublement aimantes. Les zones hydrophiles ou aimant leau de ces molécules sont en contact avec le fluide aqueux à la fois à lintérieur et à lextérieur de la cellule. Les molécules hydrophobes, ou détestant leau, ont tendance à être non polaires. Une molécule de phospholipide consiste en un squelette de glycérol à trois carbones avec deux molécules dacide gras attachées aux carbones 1 et 2, et un groupe contenant du phosphate lié au troisième carbone. Cette disposition donne à la molécule globale une zone décrite comme sa tête (le groupe contenant du phosphate), qui a un caractère polaire ou une charge négative, et une zone appelée la queue (les acides gras), qui na pas de charge. Ils interagissent avec dautres molécules non polaires dans des réactions chimiques, mais ninteragissent généralement pas avec les molécules polaires. Lorsquelles sont placées dans leau, les molécules hydrophobes ont tendance à former une boule ou un amas. Les régions hydrophiles des phospholipides ont tendance à former des liaisons hydrogène avec leau et dautres molécules polaires à la fois à lextérieur et à lintérieur de la cellule. Ainsi, les surfaces de membrane qui font face à lintérieur et à lextérieur de la cellule sont hydrophiles. En revanche, le milieu de la membrane cellulaire est hydrophobe et ninteragira pas avec leau. Par conséquent, les phospholipides forment une excellente membrane cellulaire bicouche lipidique qui sépare le fluide à lintérieur de la cellule du fluide à lextérieur de la cellule.

Les protéines constituent le deuxième composant majeur des membranes plasmiques. Les protéines intégrales (certains types spécialisés sont appelés intégrines) sont, comme leur nom lindique, complètement intégrées dans la structure membranaire, et leurs régions hydrophobes couvrant la membrane interagissent avec la région hydrophobe de la bicouche phospholipidique. Les protéines membranaires intégrales à un seul passage ont généralement un segment transmembranaire hydrophobe composé de 20 à 25 acides aminés. Certains ne couvrent quune partie de la membrane – sassociant à une seule couche – tandis que dautres sétendent dun côté de la membrane à lautre et sont exposés de chaque côté. Certaines protéines complexes sont composées de jusquà 12 segments dune seule protéine, qui sont largement pliés et intégrés dans la membrane. Ce type de protéine a une ou plusieurs régions hydrophiles et une ou plusieurs régions légèrement hydrophobes.Cet agencement des régions de la protéine tend à orienter la protéine à côté des phospholipides, avec la région hydrophobe de la protéine adjacente aux queues des phospholipides et la ou les régions hydrophiles de la protéine dépassant de la membrane et en contact avec le cytosol ou fluide extracellulaire.

Les glucides sont le troisième composant majeur des membranes plasmiques. Ils se trouvent toujours à la surface extérieure des cellules et sont liés soit aux protéines (formant des glycoprotéines), soit aux lipides (formant des glycolipides). Ces chaînes glucidiques peuvent être constituées de 2 à 60 unités monosaccharidiques et peuvent être droites ou ramifiées. Avec les protéines périphériques, les glucides forment des sites spécialisés à la surface des cellules qui permettent aux cellules de se reconnaître. Cette fonction de reconnaissance est très importante pour les cellules, car elle permet au système immunitaire de faire la différence entre les cellules du corps (appelées «soi») et les cellules ou tissus étrangers (appelés «non-soi»). Des types similaires de glycoprotéines et de glycolipides se trouvent à la surface des virus et peuvent changer fréquemment, empêchant les cellules immunitaires de les reconnaître et de les attaquer. Ces glucides sur la surface extérieure de la cellule – les composants glucidiques des glycoprotéines et des glycolipides – sont collectivement appelés glycocalyx (ce qui signifie «revêtement de sucre»). Le glycocalyx est hautement hydrophile et attire de grandes quantités deau à la surface du Cela facilite linteraction de la cellule avec son environnement aqueux et la capacité de la cellule à obtenir des substances dissoutes dans leau.