La structure typique de la membrane cellulaire est constituée d'une bicouche phospholipidique entre deux couches protéiques situées au niveau des surfaces de séparation entre les phases interne et externe de la cellule. La couche lipidique est bimoléculaire, les groupes polaires faisant face à la couche protéique, tandis que les groupes apolaires se font face avec une fonction d'isolement.
Les membranes cellulaires, d'une épaisseur de seulement 90 A, ne sont pas visibles au microscope à lumière transmise. Avant l'avènement de la microscopie électronique, les cytologistes supposaient que la cellule était entourée d'un film invisible, car si ce film hypothétique était brisé, le contenu de la cellule pouvait être vu fuir.Aujourd'hui, avec le microscope électronique, la membrane peut être visualisée comme une mince double trait plein Selon les hypothèses actuelles, la membrane est essentiellement constituée de molécules de phospholipides et de cholestérol disposées de manière à ce que leurs queues hydrophobes soient tournées vers l'intérieur.
Les chaînes polypeptidiques des molécules protéiques membranaires sont perpendiculaires aux molécules lipidiques et on pense qu'elles maintiennent la cohésion entre les différentes parties de la membrane plasmique.
La structure membranaire a pour tâche de séparer l'environnement cellulaire de l'environnement extracellulaire, le noyau du cytoplasme, ainsi que le matériel à l'intérieur des différents organites de la matrice cytoplasmique.
Dans chaque cellule, qu'elle soit animale ou végétale, la couche périphérique du protoplasme a les caractéristiques morphologiques et fonctionnelles d'une membrane placée pour séparer deux environnements différents, qui peuvent être identifiés avec des solutions qui ont des caractéristiques et des compositions physico-chimiques différentes. La fonction de ce diaphragme est de permettre le passage de l'eau et d'autres petits solutés à l'intérieur de la cellule, alors qu'il s'oppose aux solutés de poids moléculaire élevé.En général la direction du flux est déterminée par la concentration de la composition de la solution sur les côtés de la membrane, l'écoulement se fait toujours dans le sens de la solution la plus diluée vers la plus concentrée : c'est-à-dire qu'il tend à équilibrer les deux concentrations et cesse lorsque l'égalité est atteinte. La pression nécessaire pour arrêter complètement ce mouvement est appelée pression osmotique. Elle est d'autant plus grande que la solution est concentrée.
La membrane cellulaire n'est pas une membrane semi-perméable idéale, car elle est imperméable à certains, mais pas à tous, des solutés présents. La perméabilité ou non de la membrane aux solutés ne dépend pas exclusivement de ses caractéristiques structurales physico-chimiques, mais largement de phénomènes intimement liés au métabolisme cellulaire.
Les cellules, par rapport à leur comportement par rapport à la pression osmotique et à la pression environnementale, sont divisées en : poïkilosmotiques et homoosmotiques. Les premiers ont une pression osmotique égale ou presque à celle de leur environnement, les seconds sont capables de maintenir une pression osmotique dans une large latitude de valeurs, très différentes de celles environnementales. Prenant en compte ces caractéristiques du comportement des cellules animales et végétales, J. Traube a créé un appareil spécial, constitué précisément d'une membrane semi-perméable, qui devait reproduire artificiellement le comportement des cellules vivantes face à des solutions données. Initialement, un film de ferrocyanure de cuivre a été utilisé comme membrane ; par la suite, des membranes semi-perméables ont été introduites avec lesquelles il a été possible de déterminer l'entité de pressions osmotiques considérables.
Enfin, on peut affirmer que le passage des différentes substances à travers la membrane plasmique peut se faire par simple diffusion, facilitée, ou par transport actif.
Diffusion simple : transport passif à travers la bicouche lipidique. La diffusion est le mouvement des molécules d'une zone à une autre suite à leur agitation thermique aléatoire.En diffusion simple, la perméabilité de la membrane est déterminée par les facteurs suivants : (a) la liposolubilité de la substance diffusante, (b) la taille et forme des molécules diffusantes, (c) la température et (d) l'épaisseur de la membrane.
Diffusion facilitée : transport passif à travers les protéines membranaires. La diffusion facilitée est opérée par deux types de protéines de transport : (a) les transporteurs, qui lient les molécules d'un côté de la membrane et les transportent de l'autre grâce à une modification conformationnelle, et (b) les canaux, qui forment des pores qui s'étendent d'un côté de la membrane à l'autre. En diffusion facilitée, la perméabilité de la membrane est déterminée par deux facteurs : (a) la vitesse de transport des porteurs ou canaux individuels et (b) le nombre de porteurs ou canaux présents dans la membrane.
Transport actif. Il existe deux principaux types de transport actif : le transport actif primaire, qui utilise l'ATP ou d'autres formes d'énergie chimique, et le transport actif secondaire, qui utilise le gradient électrochimique d'une substance comme source d'énergie pour induire le transport actif d'une substance élevée.
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