3.4 Dissymétrie membranaire

Une grande différence entre les membranes artificielles et les membranes cellulaires réside dans la dissymétrie des membranes biologiques, autrement dit dans le fait que les deux hémimembranes ne sont pas identiques.

a) Répartition asymétrique des lipides

Les lipides ne sont pas distribués de façon uniforme dans les deux couches. Ainsi dans la membrane plasmique, on ne trouve des glycolipides que dans l’hémimembrane  externe. De même, la phosphatidylsérine (chargée négativement) est localisée dans l’hémimembrane interne, ce qui induit une différence de charge entre les 2 couches, la face interne de la membrane étant nettement électronégative par rapport à la face externe.

Il existe également une différence de fluidité entre les 2 couches lipidiques. Par exemple, la couche externe de la membrane d'hématie contient plus de lipides à acides gras saturés, elle est donc moins fluide.

b) Répartition asymétrique des résidus glucidiques

La mise en évidence cytochimique des polysaccharides montre clairement que ces derniers sont situés uniquement sur la face externe de la membrane plasmique où ils forment le feutrage ou revêtement cellulaire (figure 1). Les autres types de membranes montrent également cette dissymétrie de distribution des glucides, même si elle n'est pas aussi facilement mise en évidence.

Les glucides membranaires correspondent en fait aux résidus oligosaccharidiques des glycolipides et des glycoprotéines membranaires

c) Répartition asymétrique des protéines

 L'étude de la disposition des protéines par rapport à la double couche lipidique suppose notamment que la face cytosolique de la membrane soit accessible. Ceci peut être obtenu dans certaines conditions à partir de fantômes d'hématies, on dispose alors de vésicules "à membrane retournée" (figure 6).

Figure 6 :Préparation de vésicules à partir de fantômes d'hématies. Selon que la préparation se fait en présence ou en absence de Mg2+ , les vésicules se scellent à l'endroit ou à l'envers.

 L'accessibilité d'une protéine sur chacune des faces de la membrane peut être facilement déterminée en utilisant un marqueur auquel la membrane est imperméable.

 Le protocole d'une telle expérience pourra être le suivant :

• Production de vésicules à partir de fantômes d’hématies.
• Marquage des protéines membranaires par un radio-isotope de l'iode (I¹²⁵). On peut fixer de l’iode sur les protéines en utilisant une enzyme : la lactoperoxydase. Cette dernière ne traverse pas les membranes.
• Extraction des protéines membranaires par le SDS suivie d'une électrophorèse et d'une autoradiographie.

Les résultats obtenus montrent par exemple que les spectrines et l'actine sont situées sur la face cytosolique de la membrane tandis que la glycophorine et la protéine de la bande III sont accessibles sur les deux faces de la membrane et sont donc transmembranaires (figure 7).

Figure 7 : Résultat de l'expérience de marquage des protéines membranaires d'hématies par I125 . Les spectrines et l'actine sont marquées par l'I125 seulement dans le cas des vésicules à membrane retournée. Elles ne sont donc accessibles que sur la face cytosolique de la membrane. Par contre, la protéine de la bande III et la glycophorine sont accessibles sur les deux faces de la membrane, ce sont donc des protéines transmembranaires.

D'une manière générale, il existe :

• des protéines extrinsèques (ou périphériques, ou adventices), faciles à extraire de la membrane parce qu'elles sont fixées à la membrane par des liaisons faibles aux protéines intrinsèques ou aux groupes polaires des lipides (protéines du cytosquelette : spectrines, actine).
• des protéines intrinsèques (ou intégrées), relativement difficiles à extraire de la membrane
  • protéines transmembranaires (bande III, glycophorine)
  • protéines "à demi engagées", accessibles sur une seule face de la membrane. (figure 8)

Figure 8 Disposition présumée des principales protéines associées à la membrane de l'hématie. Les protéines extrinsèques telles que spectrines et actines appartiennent en fait au cytosquelette. Elles sont en relation avec deux protéines transmembranaires : la protéine de la bande III par l'intermédiaire de l'ankyrine la glycophorine par l'intermédiaire de la protéine de la bande IV.1 Les protéines transmembranaires possèdent une région centrale hydrophobe en contact avec les chaînes hydrocarbonées des lipides et deux pôles hydrophiles : l'un en contact avec le milieu extra-cellulaire, l'autre avec le cytosol. Les protéines à demi engagées ( non présentes ici) possèdent un seul pôle hydrophile.