Structure et composition des membranes

Les membranes sont composées de lipides (~49 % en masse dans la membrane des cellules animales), de protéines (~43 %) et de glucides.

Les lipides

Les lipides membranaires sont principalement des phospholipides (glycérophospholipides et sphingolipides) avec du cholestérol et des glycolipides. Les proportions varient selon la membrane étudiée (plasmique, réticulum, Golgi), la face de la membrane (cytoplasmique ou extracytoplasmique) et l’espèce. Les quatre phospholipides majeurs (>50 % de la masse lipidique) sont la phosphatidyléthanolamine, la phosphatidylsérine, la phosphatidylcholine et la sphingomyéline; le phosphatidylinositol est aussi important.

Les lipides sont amphiphiles : une tête hydrophile (phosphate) et des queues hydrophobes. En présence d’eau, ils s’agrègent spontanément en micelles ou en bicouches pour protéger les queues hydrophobes. Les acides gras insaturés augmentent la fluidité de la membrane.

Cholestérol

Le cholestérol est une molécule amphiphile (noyau stérol et courte chaîne carbonée) présente uniquement dans les membranes des cellules animales. Il rigidifie localement la membrane en diminuant sa fluidité.

Les protéines membranaires

Les protéines représentent environ 43 % de la masse membranaire. On compte environ une molécule protéique pour 50 molécules lipidiques. Les protéines confèrent les propriétés fonctionnelles de la membrane et leur quantité et types varient selon les membranes. Les protéines sont des chaînes d’acides aminés reliées par des liaisons peptidiques, dont la structure dépend des radicaux R hydrophiles ou hydrophobes.

On distingue :

• Protéines intrinsèques ou intégrales (transmembranaires) : ancrées dans la bicouche par leurs régions hydrophobes ; elles peuvent traverser la membrane plusieurs fois (hélices α ou tonneaux de feuillets β).

• Protéines extrinsèques ou périphériques : fixées à la face cytosolique par un acide gras ou ancrées à la face externe par un GPI (glycosyl‑phosphatidylinositol), ou liées par des interactions non covalentes à des protéines transmembranaires.

Les glucides

La surface cellulaire est recouverte de résidus glucidiques formant le glycocalyx. Ces polysaccharides résultent de glycosylations de protéines et de lipides et se trouvent uniquement sur la face externe de la membrane. Le glycocalyx hydrate la surface, établit l’identité cellulaire et permet de définir les groupes sanguins (ABO, Rhésus) par des motifs d’oses variables.