La membrane plasmique délimite la cellule et contrôle tous les échanges avec le milieu extérieur. Ce chapitre couvre sa structure (le modèle de la mosaïque fluide), ses constituants lipidiques et protéiques, puis les mécanismes de transport — le sujet le plus fréquent aux examens du S1.
1. Le modèle de la mosaïque fluide
Proposé par Singer et Nicolson en 1972, ce modèle décrit la membrane comme une bicouche de phospholipides dans laquelle flottent des protéines. Les phospholipides sont des molécules amphiphiles : une tête polaire hydrophile orientée vers l'eau, deux queues d'acides gras hydrophobes tournées vers l'intérieur de la bicouche. Cette organisation se forme spontanément en milieu aqueux — c'est elle qui rend la membrane à la fois stable et fluide.
Se dit d'une molécule possédant à la fois une partie hydrophile (affinité pour l'eau) et une partie hydrophobe (repoussée par l'eau). C'est cette propriété qui organise spontanément les phospholipides en bicouche.
La membrane est dite fluide car les phospholipides diffusent latéralement dans leur monocouche, et mosaïque car les protéines y sont dispersées comme les pièces d'une mosaïque. Le cholestérol, intercalé entre les phospholipides, module cette fluidité : il la réduit à température élevée et l'entretient à basse température.
2. Les lipides membranaires
Trois familles de lipides composent la membrane : les phospholipides (les plus abondants — phosphatidylcholine, phosphatidylsérine…), les glycolipides (uniquement sur le feuillet externe, rôle de reconnaissance cellulaire) et le cholestérol. La répartition des lipides entre les deux feuillets est asymétrique — une asymétrie que la cellule entretient activement et qui sert de signal (l'exposition de la phosphatidylsérine sur le feuillet externe marque par exemple les cellules en apoptose).
3. Les protéines membranaires
On distingue les protéines intrinsèques (ou intégrales), enchâssées dans la bicouche — souvent transmembranaires, comme les canaux et les pompes — et les protéines extrinsèques (ou périphériques), associées à la surface par des liaisons faibles. Leurs fonctions : transport, réception de signaux (récepteurs), adhérence, activité enzymatique et reconnaissance (glycoprotéines du glycocalyx).
4. Les transports passifs
Un transport passif se fait sans consommation d'ATP, dans le sens du gradient de concentration. La diffusion simple concerne les petites molécules apolaires (O₂, CO₂) qui traversent directement la bicouche. La diffusion facilitée emprunte un canal ou un transporteur protéique — c'est le cas du glucose (transporteurs GLUT) et des ions (canaux ioniques). L'osmose est la diffusion de l'eau à travers la membrane, du milieu hypotonique vers le milieu hypertonique, accélérée par les aquaporines.
5. Les transports actifs
Un transport actif déplace une substance contre son gradient en consommant de l'énergie. Le transport actif primaire utilise directement l'ATP : l'exemple à connaître par cœur est la pompe Na⁺/K⁺, qui expulse 3 Na⁺ et fait entrer 2 K⁺ par molécule d'ATP hydrolysée. Le transport actif secondaire utilise le gradient créé par le primaire (symport Na⁺/glucose). Enfin, les transports en masse — endocytose (entrée par vésicule) et exocytose (sortie par vésicule) — déplacent macromolécules et particules.
| Transport passif | Transport actif | |
|---|---|---|
| Énergie (ATP) | Non | Oui |
| Sens du gradient | Dans le sens du gradient | Contre le gradient |
| Exemples | Diffusion simple, diffusion facilitée, osmose | Pompe Na⁺/K⁺, symport Na⁺/glucose, endocytose, exocytose |
La comparaison à maîtriser pour l'examen
- La membrane est une bicouche de phospholipides amphiphiles + protéines (mosaïque fluide, Singer & Nicolson 1972).
- Feuillets asymétriques ; le cholestérol module la fluidité ; les glycolipides sont uniquement externes.
- Passif = sans ATP, dans le sens du gradient ; actif = avec ATP, contre le gradient.
- La pompe Na⁺/K⁺ expulse 3 Na⁺ et fait entrer 2 K⁺ par ATP hydrolysé.
Schéma de la membrane à légender + question de cours sur la différence diffusion simple / diffusion facilitée : ce sont les deux formats qui reviennent le plus souvent dans les contrôles de Biologie cellulaire S1. Entraîne-toi avec les examens corrigés du module.