Bicouche lipidique

Définition

Une bicouche lipidique, ou bicouche phospholipidique, identifie une double couche de phospholipides constitutive des membranes cellulaires plasmiques et intra-cytoplasmiques. Elle est une structure que de nombreux lipides amphiphiles forment lorsqu'ils sont mélangés à un solvant polaire (par exemple de l'eau). Lorsqu'elle est mélangée à un solvant apolaire (par exemple de l'huile), une double couche lipidique inverse est formée.

La bicouche lipidique avec :

La bicouche lipidique, avec le liposome (une bicouche fermée) et la micelle, sont les trois structures principales des phospholipides qui se forment en solution aqueuse.

Explications

La bicouche lipidique est une fine membrane polaire formée par deux couches de molécules lipidiques. Ces membranes sont des feuilles plates qui forment une barrière continue autour des cellules et de leurs structures. Les membranes cellulaires de presque tous les organismes vivants et les virus sont composées d'une bicouche lipidique, de même que les membranes (comme la membrane nucléaire) qui entourent le noyau cellulaire et d'autres structures subcellulaires. La bicouche lipidique est la barrière qui maintient les ions, les protéines et les autres molécules là où elles sont nécessaires, évitant leur dispersion. Les bicouches lipidiques sont parfaitement adaptées à ce rôle, même si elles ne mesurent que quelques nanomètres de largeur, elles sont imperméables à la plupart des molécules hydrosolubles (hydrophiles). Les bicouches sont particulièrement imperméables aux ions, ce qui permet aux cellules de réguler les concentrations de sel et le pH en transportant des ions à travers leurs membranes à l'aide de protéines appelées pompes ioniques ou canaux ioniques.

Les pôles hydrophobes des phospholipides sont tournés vers le centre de la bicouche d'une biomembrane alors que les pôles hydrophiles sont tournés vers l'extérieur.

Dans cette bicouche s'enchâssent des protéines diverses et des stéroïdes qui lui donnent ses propriétés structurales et fonctionnelles. On en trouve dans une cytomembrane.

⭐ Voir aussi les protéines membranaires et les protéines transmembranaires.

Une couche lipidique double est constituée de lipides amphiphiles ayant une partie hydrophile et hydrophobe (principalement des chaînes hydrocarbonées). Dans le solvant polaire, une double couche est formée, dans laquelle la partie hydrophobe est tournée vers l'intérieur et la partie hydrophile est dirigée vers l'extérieur. Dans le solvant apolaire, la situation s'inverse en conséquence (couche dite double lipide inverse). Les bicouches biologiques sont composées de phospholipides amphiphiles, ont une tête phosphate hydrophile et une queue hydrophobe constituée de deux chaînes d'acides gras. Les phospholipides avec certains groupes dans leurs têtes peuvent altérer la surface chimique d'une bicouche et peuvent servir de signaux "d'ancrage" pour d'autres molécules dans les membranes cellulaires.

En plus des têtes, les queues des lipides peuvent également affecter les propriétés de la membrane qui détermine la phase de la bicouche. La bicouche peut adopter un état de phase solide à basse température, mais peut être soumise à une transition de phase d'un état fluide à des températures plus élevées, les propriétés chimiques des queues lipidiques influençant à quelle température cela intervient. L'emballage des lipides dans la bicouche affecte ses propriétés mécaniques, y compris la résistance à l'étirement et à la flexion. De nombreuses propriétés ont été étudiées avec des bicouches artificielles "modèles" produites en laboratoire. Les vésicules fabriquées par des bicouches artificielles sont également utilisées en clinique pour administrer des médicaments.

Une double couche lipidique est presque imperméable aux molécules polaires ou aux macromolécules, mais en même temps très flexible et mécaniquement difficile à détruire. Pour cette raison, même une ponction à la pipette ne laisse aucun trou dans la membrane. De même, l'eau et les petites molécules non chargées peuvent diffuser à travers la double couche lipidique sans la blesser. Les solvants lipidiques et les lipases peuvent détruire la double couche lipidique.

Les couches lipidiques doubles peuvent être présentes dans différentes phases, qui diffèrent surtout par la mobilité des lipides dans le plan de la couche. Dans la phase cristalline gélatineuse ou liquide, les queues lipidiques sont disposées en ordre rapproché, tandis que dans la phase liquide ou fluide elles sont désordonnées et très mobiles, comme dans un liquide. Dans cette phase, la double couche lipidique est également décrite comme un liquide bidimensionnel.

En 1925, Evert Gorter et François Grendel ont d'abord décrit une double couche lipidique comme composant principal des membranes biologiques (comme la membrane cellulaire). Il sert de couche de séparation entre les compartiments cellulaires et l'intérieur et l'extérieur de la cellule. La double couche lipidique d'une membrane biologique est essentiellement constituée de phospholipides qui sont normalement en phase liquide pour maintenir les autres composants de la membrane mobile.

Les membranes biologiques comprennent plusieurs types de molécules autres que les phospholipides, un exemple particulièrement important dans les cellules animales est le cholestérol, car il aide à renforcer la bicouche, en réduisant sa perméabilité et en régulant l'activité de certaines protéines membranaires intégrales. Les protéines membranaires entières fonctionnent lorsqu'elles sont incorporées dans une bicouche lipidique et sont fortement liées à la bicouche lipidique à l'aide d'une coque lipidique annulaire. Comme les bicouches définissent les limites de la cellule et de ses compartiments, ces protéines membranaires sont impliquées dans de nombreux processus de signalisation intracellulaires et intercellulaires. Certains types de protéines membranaires sont impliqués dans les processus de fusion de deux bicouches. Cette fusion permet l'union de deux structures différentes comme dans la fécondation d'un ovule par le sperme ou l'entrée d'un virus dans une cellule. Comme les bicouches lipidiques sont très fragiles et invisibles au microscope traditionnel, il est difficile de les étudier, ce qui explique pourquoi les expériences nécessitent des techniques avancées telles que la microscopie électronique et la microscopie à force atomique.

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