La membrane plasmique des cellules procaryotes

Les membranes contiennent à la fois des protéines et des lipides en proportions variables. Les membranes plasmiques bactériennes ont en proportion plus de protéines que les membranes eucaryotes, vraisemblablement par ce qu'elles remplissent de nombreuses fonctions prises en charge par les membranes d’autres organites chez les eucaryotes. La plupart des lipides de la membrane sont structurellement asymétriques avec un côté polaire et un côté non polaire,

ils sont appelés amphipathiques. Leurs extrémités polaires interagissent avec l'eau et sont donc hydrophiles, leurs extrémités non polaires, hydrophobes, sont insolubles dans l'eau et ont tendance à s'associer les unes aux autres. Cette caractéristique permet aux lipides de former une double couche dans les membranes. La surface externe est hydrophile tandis que les extrémités hydrophobes sont enfouies à l'intérieur, à l'abri de l'eau. La majorité de ces lipides amphi pathiques sont des phospholipides. A la différence des membranes eucaryotes, les membranes bactériennes sont dépourvues de stérols comme le cholestérol. Cependant de nombreuses membranes bactériennes contiennent des stérols pentacycliques appelés hopanoïdes et des quantités énormes d'hopanoïdes sont présentes dans notre écosystème. Les hopanoïdes sont synthétisés à partir des mêmes précurseurs que les stéroïdes. Comme les stéroïdes chez les eucaryotes, ils stabilisent probablement la membrane bactérienne. Les lipides membranaires sont organisés en deux couches de molécules disposées face à face.

Les membranes cellulaires sont des structures très minces d'environ 5 à 10 nm d'épaisseur qui ne peuvent être observées qu'au microscope électronique. La technique de cryodécapage est utilisée pour cliver la membrane entre les deux couches lipidiques, la séparant en deux et exposant la partie interne. De cette façon, on a découvert que de nombreuses membranes plasmiques ont une structure interne complexe. Les petites particules globulaires observées dans ces membranes seraient des protéines membranaires localisées à l'intérieur de la bicouche lipidique.

 

Le modèle le mieux accepté de la structure membranaire est le modèle en « mosaïque fluide» de S. Jonathan Singer et Garth Nicholson. Ils distinguent deux types de protéines membranaires. Les protéines extrinsèques ou périphériques sont associées à la membrane de manière relativement faible et peuvent être facilement libérées. Elles sont solubles dans des solutions aqueuses et elles représentent 20 à 30% des protéines membranaires totales. Environ 70 à 80% des protéines membranaires sont intrinsèques ou intégrales. Elles ne sont pas facilement extraites des membranes et sont insolubles dans des solutions aqueuses en l'absence de lipides.

Les protéines intrinsèques comme les lipides membranaires sont amphipathiques ; leurs régions hydrophobes sont enfouies dans la couche lipidique tandis que les portions hydrophiles forment des protubérances à la surface de la membrane Certaines de ces protéines traversent même toute la couche lipidique. Les protéines intrinsèques peuvent se déplacer latéralement. Mais elles ne peuvent pas faire volte-face ou se retourner dans la couche lipidique. Des glucides sont souvent attachés à la surface externe des protéines de la membrane plasmique et doivent avoir un rôle important.

La membrane cellulaire est donc une structure très organisée et asymétrique qui est aussi flexible et dynamique. Bien que toutes les membranes soient construites sur le même modèle, elles varient largement quant à leur structure et leurs capacités fonctionnelles. Ces différences sont si grandes et si caractéristiques que la chimie de la membrane peut être un critère d'identification des bactéries.

Les membranes plasmiques des cellules bactériennes doivent remplir un grand nombre de rôles différents. La membrane plasmique maintient le cytoplasme, spécialement dans des cellules qui n'ont pas de paroi et sépare le cytoplasme de l'environnement extérieur. La membrane cytoplasmique sert aussi de barrière perméable sélective : elle permet aux ions et aux molécules de passer vers l'intérieur ou l'extérieur de la cellule tout en empêchant d’autres d’entrer et de sortir. Elle prévient donc la perte de substances essentielles et permet le passage d'autres molécules. De nombreuses substances sont incapables de traverser seules la membrane plasmique. Des systèmes de transport sont utilisés pour le transport d'éléments nutritifs, le rejet de déchets et la sécrétion de protéines. La membrane plasmique bactérienne est aussi le site d'une série de processus métaboliques essentiels : la respiration, la photosynthèse, la synthèse des lipides et des constituants de la paroi cellulaire et probablement la ségrégation chromosomique. Enfin les membranes contiennent des molécules réceptrices spéciales qui permettent à la bactérie de détecter et de répondre à des substances chimiques présentes dans leur environnement. En conclusion, la membrane plasmique est essentielle à la survie des micro-organismes.