Un phospholipide est un type de molécule grasse qui compose principalement les membranes cellulaires. Il a une tête attirée par l'eau et deux queues qui la fuient. Du bord externe de sa tête jusqu'à l'extrémité de ses queues, un phospholipide mesure environ 2,5 nanomètres de long, et un nanomètre est un milliardième de mètre.

Taille

La tête d'un phospholipide est un groupe contenant du phosphate, fixé à une petite molécule appelée glycérol. Les deux queues sont des acides gras, de longues chaînes d'atomes de carbone et d'hydrogène, généralement longues de 10 à 20 atomes de carbone. Chaque atome de carbone ajoute environ 0,13 nanomètre à la longueur d'une queue.

La longueur exacte dépend des queues et de la façon dont elles sont disposées. Dans une membrane vivante, les queues sont fluides : elles se courbent et remuent. Un ouvrage de référence en biologie cellulaire indique 2 nanomètres de la tête à la queue pour un phospholipide typique.

Des mesures passées en revue en 2000 ont montré qu'une couche de phosphatidylcholine, un phospholipide courant, mesure environ 2,2 à 2,3 nanomètres d'épaisseur à l'état fluide, et 2,6 nanomètres dans une forme plus froide et plus ordonnée, aux queues plus droites. Cette couche n'a l'épaisseur que d'une seule molécule, ce qui correspond donc à la distance parcourue par une molécule entre le milieu d'une membrane et sa surface. Dans une couche fluide, chaque molécule occupe environ 0,6 à 0,7 nanomètre carré de surface. Les estimations de la longueur vont donc d'environ 2 à 2,6 nanomètres.

Comparaisons de taille

• Deux couches de phospholipides, queue contre queue, forment une bicouche phospholipidique, le feuillet au cœur de presque toutes les membranes cellulaires.
• Un phospholipide est environ deux fois plus long qu'une hélice alpha n'est large. Une hélice alpha est un élément courant des protéines.
• Il est à peu près aussi long que la double hélice d'ADN est large, soit 2 nanomètres.
• Mis bout à bout, entre 30 000 et 50 000 phospholipides environ couvriraient la largeur d'un cheveu, large de 80 000 à 100 000 nanomètres.
• Une seule couche de phospholipides recouvrant un millimètre carré contiendrait environ 1,5 billion de molécules.

Comment les phospholipides forment les membranes

Comme leur tête est attirée par l'eau et leurs queues ne le sont pas, les phospholipides plongés dans l'eau s'organisent avec leurs queues face à face et leur tête tournée vers l'extérieur. Ils forment une double couche qui sépare l'eau d'un côté de l'eau de l'autre. Chauffés dans l'eau, les phospholipides forment généralement d'eux-mêmes de minuscules sphères, la tête à l'extérieur et les queues à l'intérieur.

La forme des queues aide à garder les membranes fluides. Une queue dont les atomes de carbone ne sont reliés que par des liaisons simples est plutôt droite. Une liaison double crée dans la queue un coude d'environ 30 degrés, et ces coudes écartent les molécules voisines les unes des autres. Cela empêche la membrane de se rigidifier dans le froid.

De l'huile sur un étang

Benjamin Franklin a versé tout au plus une cuillère à café d'huile dans un étang près de Londres, et il l'a vue s'étendre sur peut-être une demi-acre. L'huile a formé une couche de l'épaisseur d'une seule molécule. Ses molécules sont de nature semblable à celles qui composent chaque couche d'une membrane cellulaire.

Une cuillère à café contient environ 5 centimètres cubes, et une demi-acre correspond à environ 2 000 mètres carrés, donc la couche mesurait environ 2,5 nanomètres d'épaisseur. Agnes Pockels a plus tard inventé un moyen de fabriquer de telles couches simples en laboratoire, ce qui a permis aux scientifiques de déterminer précisément la taille des molécules.

Sources

• Components and Structure. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• Lipids. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• Structure of Lipid Bilayers. Nagle and Tristram-Nagle, Biochimica et Biophysica Acta, 2000.
• What Is the Thickness of the Cell Membrane?. In Cell Biology by the Numbers. Milo and Phillips, Garland Science, 2015.
• Predicting Helical Topologies in RNA Junctions as Tree Graphs. Laing et al., PLoS ONE, 2013.
• DNA Structure and Sequencing. In Biology 2e, 2nd edition. OpenStax, 2018.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.