Une bicouche phospholipidique est un feuillet de molécules de phospholipides épais de deux couches, et c'est la structure de base de presque toutes les membranes cellulaires. Elle mesure environ 5 nanomètres d'épaisseur, du bord externe des têtes des molécules d'un côté jusqu'à celui de l'autre côté. Un nanomètre est un milliardième de mètre.

Taille

Chaque phospholipide a une tête attirée par l'eau et deux queues qui la fuient. Dans une bicouche, les têtes font face à l'eau de chaque côté, tandis que les queues se rejoignent au milieu et forment un noyau qui repousse l'eau. Des mesures passées en revue en 2000 ont établi l'épaisseur totale des bicouches de phosphatidylcholine, un phospholipide courant, entre 4,4 et 4,7 nanomètres dans leur forme fluide présente dans les cellules vivantes. Dans une forme plus froide et plus ordonnée, elle atteint 5,2 nanomètres.

Ce noyau hydrofuge représente 2,6 à 2,9 nanomètres de l'épaisseur de la bicouche fluide. Les membranes cellulaires réelles mélangent de nombreux types de lipides. Des mesures aux rayons X publiées en 2004 ont trouvé une distance de 3,6 à 4,3 nanomètres entre les groupes phosphate des deux côtés des membranes de cellules du foie de rat, les têtes s'étendant un peu au-delà des groupes phosphate.

Les membranes contiennent aussi beaucoup de protéines, qui couvrent environ la moitié de leur surface, et beaucoup d'entre elles dépassent de la membrane des deux côtés. En les incluant, on décrit souvent une membrane entière comme ayant une épaisseur de 5 à 10 nanomètres.

Comparaisons de taille

Deux phospholipides, longs chacun d'environ 2 à 2,5 nanomètres, placés queue contre queue, couvrent toute la bicouche.
Une hélice alpha de 20 à 25 acides aminés, longue de 3 à 3,75 nanomètres, est assez longue pour traverser le noyau hydrofuge. C'est souvent ainsi que les protéines traversent les membranes.
Un circovirus porcin, l'un des plus petits virus connus en 2026, est environ trois fois et demie plus large que l'épaisseur de la bicouche.
Environ 20 000 bicouches empilées les unes sur les autres seraient aussi épaisses qu'une feuille de papier, soit environ 0,1 millimètre.
Si une bicouche était agrandie à l'épaisseur d'une feuille de papier, un cheveu mesurerait 1,6 à 2 mètres de large.

Le rôle de la bicouche

La bicouche sépare l'eau et les substances dissoutes à l'intérieur d'une cellule de celles qui se trouvent à l'extérieur. Son noyau hydrofuge forme une barrière contre l'eau et contre les substances dont les molécules sont chargées ou polaires, c'est-à-dire dont la charge électrique est répartie de façon inégale. Les phospholipides forment une bicouche d'eux-mêmes lorsqu'ils sont placés dans l'eau, et le résultat se répare tout seul. Une aiguille très fine peut traverser une membrane cellulaire sans la rompre, et la membrane se referme lorsqu'on retire l'aiguille.

Comment la bicouche a été découverte

Les scientifiques ont identifié la membrane cellulaire dans les années 1890 et ont découvert en 1915 qu'elle était principalement composée de lipides et de protéines. En 1935, Hugh Davson et James Danielli ont proposé qu'elle était construite comme un sandwich, avec les lipides en garniture et les protéines en pain. Dans les années 1950, les microscopes électroniques à transmission ont montré que le cœur de la membrane était formé de deux couches plutôt que d'une seule.

En 1972, S. J. Singer et Garth Nicolson ont proposé le modèle de la mosaïque fluide, qui reste la meilleure explication de la structure et du fonctionnement des membranes. Il décrit une membrane comme une mosaïque de phospholipides, de cholestérol, de protéines et de glucides qui flottent et se déplacent les uns par rapport aux autres comme des tuiles mobiles.

Sources

Structure of Lipid Bilayers. Nagle and Tristram-Nagle, Biochimica et Biophysica Acta, 2000.
Modulation of the Bilayer Thickness of Exocytic Pathway Membranes by Membrane Proteins Rather Than Cholesterol. Mitra et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, 2004.
What Is the Thickness of the Cell Membrane?. In Cell Biology by the Numbers. Milo and Phillips, Garland Science, 2015.
Components and Structure. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
α-helix. In Foundations of Protein Structure. EMBL-EBI Training.
Conformational Changes and Nuclear Entry of Porcine Circovirus without Disassembly. Wang et al., Journal of Virology, 2019.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

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