TP-TD2 La membrane plasmique

Introduction : Si la théorie cellulaire est aujourd’hui universellement admise et la définition de cellule est enseignée depuis le collège, la compréhension de son organisation interne et de son fonctionnement reste un des enjeux actuels de la recherche. L’avènement du microscope électronique a permis de mieux comprendre  certaines structures en commençant pas la membrane plasmique. Si au départ, elle n’apparaissait que comme une simple limite, elle est en réalité bien plus complexe qu’il n’y parait.

Problème : Comment comprendre la structure de la membrane et ses propriétés ?

Objectifs : 

  • Comprendre la composition de la membrane plasmique
  • Relier l’échelle moléculaire à celle de la cellule
  • Modéliser la membrane plasmique
  • Compétences travaillées dans le TP (grille à la fin)

1- D’après Les documents 1 et 2,  donnez le constituant principal de la membrane plasmique et dîtes en quoi le résultat de Gorter et Grendel est surprenant.

Document 1 : Obtention de fantômes d’hématies.

d’après J. Boscq

Document 2 : Expérience de E. Gorter et de F. Grendel

En 1925, les biologistes Gorter et Grendel solubilisent les lipides de globules rouges et les déposent à la surface de l’eau dans une cuve au dimension précises appelée cuve de Langmuir. En mesurant les aires de la membrane du globule rouge et de la mono-couche déposée, ils calculent les surfaces membranaires, dont voici les résultats : 

D’après : 1ère Enseignement scientifique, Ddier

2- En quoi le  document suivant vous aide à mieux comprendre le résultat obtenu par E. Gorter et de F. Grendel

Document 3 : Organisation des phospholipides en milieux aqueux.

La membrane plasmique est à l’interface entre deux milieux aqueux : le milieu intracellulaire et le milieu extracellulaire. Afin de comprendre le rôle des lipides de la membrane, des phospholipides sont ajoutés dans de l’eau. On observe alors qu’ils adoptent spontanément différentes configurations en présence d’eau. Ces configurations sont stabilisées grâce aux parties hydrophiles et hydrophobes des lipides.

Remarque : Les phospholipides sont majoritaires dans une membrane, mais il existe une part non négligeable d’autres lipides comme le cholestérol, dont le rôle est important.

D’après wikipedia

3– le document suivant présente une limite de 2 cellules. Après avoir rappelé la technique de microscopie employée, à quoi pourrait correspondre les 3 lamelles ?

Document 4 : Limite de 2 cellules vue en microscopie

D’après http://www.cellimagelibrary.org

4- D’après l’échelle du détail de la photographie, calculez le grossissement du détail du document 4 

5- D’après l’expérience de Singer et Nicholson en 1972, répondez au QCS en choisissant la bonne réponse.

Document 5 : expérience de Singer et Nicholson, 1972.

Les améliorations en microscopie électronique à balayage et la technique de cryodécapage ont permis à Singer et Nicholson de proposer un modèle de membrane qui est celui accepté encore aujourd’hui.

Voici la méthode utilisée :

modifié d’après Biologie 4e édition Raven & Al, éditions Deboeck

Résultat : 

Analyse : Dans ce modèle, la double couche héberge certes des protéines hydrophobes insérées dans la membrane, mais surtout des protéines dont une partie est hydrophile et l’autre hydrophobe. Ce sont ces protéines qui assurent les fonctions spécifiques d’échange d’information et de substances. Certaines sont simplement pourvues d’une queue hydrophobe qui pénètre plus ou moins profondément la double couche. D’autres traversent la membrane, on les qualifie de membrane transmembranaire : leur domaine extracellulaire hydrophile, presque toujours modifié par des glucides complexes, est exposé au milieu extérieur ; il est greffé sur une région hydrophobe, longue de 30 acides aminés environ, qui permet l’insertion stable de la molécule dans la membrane.

D’après https://www.universalis.fr

QCS : 

Expérience de Singer et Nicholson en 1972

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Définition amphiphile : qui possède une partie hydrophile et une partie hydrophobe

6- D’après le document suivant, expliquez en quoi le passage de certaines molécules ne peut être assuré que par des protéines.

Document 5 : Importance des protéines membranaires

modifié d’après 1ère enseignement scientifique : le livre scolaire.

A faire à la maison : 

7- Réalisez un schéma simple de modèle de la membrane plasmique à l’aide des représentation ci-dessous et de l’ensemble du TP (attention seuls les constituants représentés ci-dessous sont attendus, même si la membrane possède plus de constituants que ceux-là)