COMPARATIVE GEOMETRY OF CYTOMEMBRANES AND WATER-LIPID SYSTEMS

Résumé
Les cellules étudiées en microscopie électronique présentent dans leur structure fine une série de motifs morphologiques précis : membranes parallèles équidistantes, arrangements hexagonaux de tubes, réseaux cubiques etc. Toutes ces structures proviennent de plis et de remaniements topologiques de membranes fluides en bicouches. Les phospholipides sont les constituants essentiels des membranes et leur confèrent la structure en bicouche fluide. Ces phospholipides quand ils sont purifiés et mis en présence d'eau et de composés gras, forment des phases cristallines liquides avec des structures géométriques semblables (surfaces parallèles équidistantes, assemblage hexagonal de cylindres, arrangement cubiques etc.) mais des différences les séparent de leurs analogues biologiques. La proportion de l'eau est beaucoup plus élevée dans les systèmes de membranes cellulaires. La distribution des composants huileux suit souvent une topologie distincte. Les périodicités observées dans ces motifs sont réduites par un facteur voisin de dix dans les systèmes lipides-eau in vitro, par rapport aux géométries comparables dans les cellules. Il est montré que ces différences tirent leur origine de l'assymétrie des membranes cellulaires et que plusieurs facteurs peuvent être impliqués dans les formes en selle de cheval rencontrées dans les membranes cellulaires.

Abstract
Cells studied in electron microscopy show in their fine structure a series of definite morphological patterns : equidistant parallel membranes, hexagonal arrays of tubes, cubic lattices etc. All these structures come from the folding and from the topological rehandling of bilayered fluid membranes. Phospholipids are essential component of membranes and are at the origin of the bilayered and fluid structure of the cell membrane. These phospholipids, when purified and in presence of water and oily components, form liquid crystalline phases, with similar geometrical structures (equidistant parallel surfaces, hexagonally packed cylinders, cubic arrays etc.) but there are several differences separating them from their biological counterpart. The proportion of water is much higher in cell membrane systems. The distribution of oily components often has a distinct topology. The periodicities observed in these patterns are reduced by a factor of about ten, when prepared in vitro, relative to those observed in cells. It is shown that these differences originate from the asymmetry of cell membranes and that several factors may be involved in saddle-shaped membranes.