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La notion de fluidité des membranes biologiques revisitée : rhéologie de monocouches de lipides modèles


La notion de fluidité des membranes biologiques revisitée : rhéologie de monocouches de lipides modèles

Il y a une cinquantaine d’année, les physiciens modélisaient les membranes des cellules biologiques par des bicouches de lipides refermées sur elles mêmes, les vésicules.

 

Au début des années 70, Singer et Nicholson ont proposé un modèle un peu moins rudimentaire, celui d’une mosaïque fluide, avec des bicouches de lipides contenant des protéines. Dans ce modèle, les protéines et les lipides diffusent librement pour permettre l’activité biologique de s’effectuer. Afin de tenir compte de la persistance de la membrane, certaines propriétés mécaniques lui ont été attribuées : résistance à la courbure et à la compression, et de nombreuses mesures des modules élastiques correspondants peuvent être trouvées dans la littérature. La fluidité était elle reliée à résistance au cisaillement, plus difficile à mesurer.

 

Des progrès techniques récents permettent à présent d’aborder la question. Espinosa et al ont ainsi montré que la notion simple de fluidité ne permet pas de décrire le comportement de la membrane (sauf pour les lipides les plus simples), il faut introduire une viscosité et une élasticité de cisaillement, qui dépendent souvent de la fréquence de sollicitation et de l’amplitude de la déformation. Ils ont étudié des monocouches modèles de divers lipides ainsi que leurs mélanges, les membranes biologiques contenant en général une grande variété de ces lipides. Ils ont également étudié des mélanges de lipides et de cholestérol ainsi que des céramides (lipides de la peau). Dans ce dernier cas, les monocouches sont de véritables solides, mais fondant facilement sous l’effet de faibles déformations (comme les gels). Il est probable que ce comportement varié et complexe est utilisé par la cellule pour optimiser ses fonctions, mais comment, cela reste à découvrir.

 

Viscosité de cisaillement de monocouches de lipides. Une faible viscosité (η ≤ 10-5 N s/m) correspond à une membrane fluide (glycerolipides, sphingolipides avec et sans cholesterol, E coli lipides). D’autres lipides forment des couches plus visqueuses (POPC), des gels viscoelastiques (DPPC) ou encore solides (eggCer).

 

Références :

 

G. Espinosa, I. López-Montero, F. Monroy, and Dominique Langevin, Shear rheology of lipid monolayers and insights on membrane fluidity PNAS 2011 108(15) 6008-6013 ; doi:10.1073/pnas.1018572108