Transport membranaire

Membrane plasmique - Propriété générale

La membrane plasmique peut être vue comme une mosaïque de protéines qui flottent dans une bicouche fluide de lipides.

Caractéristique de la bicouche lipidique

Consiste principalement en une double couche
de phospholipides. (Arrangement spontané en deux couches vient des propriétés des phosphoplipides)

• Une région hydrophile, la “tête polaire”, qui est

  chargée et attirée par l’eau.

  • Une région hydrophobe, la “queue non

  polaire”, composée des longues chaînes

  d’acides gras insolubles dans l’eau et qui

  s’alignent vers le centre de la membrane,

  éloignées des molécules d’eau

Perméable aux molécules non polaires et liposolubles (ex.: O2, CO2) mais imperméable aux ions (ex.: Na+, Cl─) et molécules polaires (ex.: glucose).

La bicouche est de nature fluide : les phospholipides sont mobiles et peuvent diffuser latéralement le long de leur couche.

Fonction de la bicouche lipidique

• Elle forme la structure de base de la membrane plasmique.

• Elle est responsable de la fluidité de la membrane.

• Elle constitue une barrière très hermétique aux molécules qui ne sont pas solubles dans les lipides (ex.: ions, molécules polaires tels les sucres).

Cholestérol et rôle dans membrane plasmique

─Lipide dont la structure en anneau s’insère entre les phospholipides.

─Peut constituer jusqu’à 20% de la quantité totale en lipides d’une membrane plasmique.

Fonction du cholestérol : “stabilise” la membrane en diminuant la mobilité des molécules de phospholipide tout en empêchant leur interaction. Absolument essentiel pour maintenir l’intégrité de la membrane.

Les protéines membranaires

Deux types :

• Protéines périphériques : Situées à la surface (cytoplasmique ou extracellulaire) de la membrane.

• Protéines intégrées : Insérées dans la bicouche lipidique

• Protéines transmembranaires :Protéines intégrées qui traversent complètement la membrane plasmique

Fonctions de protéine transmembranaire

La membrane plasmique forme une barrière à…

perméabilité sélective entre le liquide extracellulaire et le liquide intracellulaire.

Rôle des protéines intégré dans la membrane plasmqiue

Protéines intégrées qui agissent comme canaux ou transporteurs :

• − Permettent le passage spécifique d’ions ou molécules membrane à travers la membrane, ce qui lui confère sa propriété de perméabilité sélective.

• − En grande partie responsables des gradients de concentration des solutés de part et d’autre de la membrane.

Concentrations typiques de quelques solutés des liquides extracellulaire et intracellulaire

le sens du gradient de concentration des ions H+,

Plus concentré à l’intérieur car Ph de 7 vs 7.4

Transport passif caractéristique et deux types

Transports passifs

i) Caractéristiques générales des transports passifs : Ne requièrent pas de dépense d’énergie de la part de la cellule.

− Deux types majeurs :

• Diffusion: déterminée par les gradients de concentration

• Filtration: déterminée par les gradients de pression

Filtration

Se produit sous l’effet d’un gradient de pression plutôt que de concentration.

Se produit à travers des parois multicellulaires plutôt qu’à travers la membrane plasmique.

• Généralement des épithéliums simples squameux tel l’endothélium des capillaires sanguins.

La filtration est généralement très peu sélective.

• Seules les macromolécules telles les protéines ne passent pas.

L’eau et les solutés passent en vrac entre
les cellules (« fentes intercellulaires ») ou à travers des pores (« fenestrations »).

Exemple de filtration

La filtration dans les tissus vascularisés pour permettre l’échange de liquide entre le sang et l’espace interstitiel.  Pression sanguine générée par le cœur.

Filtration du plasma à travers la paroi d’un capillaire. La sortie du liquide par les fentes intercellulaires et les pores est provoquée par la pression sanguine dans le capillaire.

Notez la dimension microscopique d’un capillaire (diamètre de l’ordre de celui d’un globule rouge). La paroi des capillaires est constituée de cellules endothéliales et de leur membrane basale.

Diffusion

• « Tendance qu’ont les molécules et les ions à se répandre dans l’environnement. »

• Due à l’énergie cinétique des molécules et ions (ils sont en mouvement constant).

Diffusion et mouvement net

─ Le mouvement net des solutés est déterminé par leur gradient de concentration :

— Avec la diffusion, le mouvement net suit le gradient de concentration, de la concentration la plus élevée à la concentration la plus faible.

Exemple :

Le glucose diffuse spontanément à l’intérieur de la plupart des cellules parce que [glucose]ext > [glucose]int (le glucose, une fois à l’intérieur des cellules, est rapidement métabolisé).

Si le gradient entre deux régions est égal à zéro, il n’y a pas de diffusion nette de molécules.

4 facteurs qui influencent la vitesse de diffusion :

Gradient de concentration : gradient de [ ] augmente vitesse augmente

Température : T augmente, vitesse augmente

Taille de molécule : Taille diminue, vitesse augmente

Perméabilité membranaire : perméabilité augmente, vitesse augmente

Vitesse de diffusion (définition)

le nombre de molécules qui traversent une région donnée, ou une membrane, par unité de temps (et non une distance par unité de temps). Si le gradient de concentration est égal à zéro, il n’y a pas de mouvement net et la vitesse de diffusion est égale à zéro.

Perméabilité membranaire

la facilité avec laquelle des molécules ou ions peuvent traverser une membrane. La perméabilité dépend des propriétés de la membrane: plus la perméabilité est grande, plus la diffusion nette à travers la membrane est grande.

4 Types de diffusion

• Diffusion simple − Diffusion de substances qui passent directement à travers la bicouche lipidique.

• − Mouvement des substances non polaires et liposolubles. Ex.: O2 , CO2 , stéroïdes, vitamines liposolubles, alcool…

• Diffusion facilitée : i) par transporteurs membranaires, ii) par canaux protéiques

• − Se font par l’intermédiaire de protéines transmembranaires.

• − Permettent le mouvement d’ions et de petites molécules polaires.

• Ex.: glucose, acides aminés, Na+ , Ca2+, Cl− , …

• Osmose : Diffusion du solvant (eau)

• − Se produit par diffusion simple et, surtout, par diffusion facilitée par des canaux protéiques, les aquaporines

Deux types de diffusion par facilité

Diffusion par transporteur protéique, diffusion par canaux protéique

Diffusion facilitée par canaux protéiques :

─ Protéines intégrées qui forment des canaux permettant le passage de petits ions (canaux ioniques) ou de molécules d’eau (aquaporines).

Diffusion facilité par transporteurs

Protéines intégrées qui transportent certaines molécules trop larges pour passer à travers des canaux protéiques Ex.: transport de glucose et d’acides aminés.

Impliquent une liaison spécifique et réversible de la molécule avec le transporteur; la translocation de la molécule se produit par des changements de conformation du transporteur.

Principale caractéristique de la diffusion par facilité

La spécificité :

− Les transporteurs ou canaux protéiques sont généralement spécifiques à une substance donnée ; permet un contrôle cellulaire des mouvements transmembranaires.

─ La perméabilité membranaire aux ions et petites molécules polaires dépend du nombre de transporteurs ou canaux dans la membrane.

Ex.: L’insuline augmente la perméabilité au glucose des cellules en augmentant le nombre de transporteurs au glucose dans leur membrane plasmique.

Caractéristiques générales des transports actifs

Requièrent de l’énergie cellulaire.

− Se font par l’intermédiaire de transporteurs protéiques qui se combinent spécifiquement et réversiblement avec les substances transportées

− Entraînent le mouvement de solutés contre leur gradient de concentration.

• ▪ Pompes à solutés  requièrent l’apport d’énergie cellulaire.

− Deux types de transport actif, selon la source d’énergie:

• Transports actifs primaires: utilisent directement l’ATP.

• Transport actifs secondaires: utilisent l’énergie emmagasinée dans les gradients de concentration des certains ions (en particulier le gradient des ions Na+ ), plutôt que l’ATP

Transport actif primaire et 3 types

utilisent directement l’ATP

Dans les cellules humaines, il existe 3 types de transports actifs primaires

• • Na+ -K+ ATPase (pompe à Na-K) : contrôle les concentrations intracellulaires de Na+ et K+ ; retrouvée dans la membrane plasmique de la très grande majorité des cellules (y compris les globules rouges).

• • Ca2+ ATPase (pompe à calcium) : utilisée pour faire sortir les ions Ca2+ à l’extérieur des cellules ou encore pour emmagasiner ces ions à l’intérieur d’organites cellulaires (tel le réticulum endoplasmique lisse); abondante dans les cellules musculaires.

• • H+ ATPase et H+ -K+ ATPase (pompes à protons) : rejettent activement les ions H+ ions dans l’espace extracellulaire; retrouvées dans des cellules spécialisées du rein et de l’estomac. La H+ -K+ ATPase est ainsi responsable de l’acidification de la lumière de l’estomac lors de la digestion d’aliments.

Structure de l’ATP → ADP—> AMP et comment l’énergie est emmagasiné

ATP :nucléotide avec 2 groupements phosphate additionnels: − Sucre = Ribose − Base azotée = Adénine − 3 groupements phosphate en tout

Adénosine : Adénine + Ribose

AMP (Adénosine monophosphate) : Adénosine + 1 groupement phosphate ADP

(Adénosine diphosphate) : Adénosine + 2 groupements phosphate

Énergie emmagasinée dans les liaisons phosphate de l’ATP : ATP :

• Les liaisons entre les groupements phosphate sont instables. Lorsque ces liaisons se rompent par hydrolyse, elles libèrent de l’énergie

  • ATP + H2O → ADP + Pi + Énergie (Pi = phosphate inorganique = H2PO4 − )

Comment ATP est utilisé par les transporteurs

L’énergie provenant de l’hydrolyse de l’ATP peut être utilisée en transférant le groupement phosphate ainsi libéré sur une autre molécule. C’est le processus de phosphorylation.

• Via réaction enzymatique

ATP + S → S-P + ADP (S = substrat; S-P = substrat phosphorylé)

La molécule phosphorylée (S-P) est ainsi activée, riche en énergie. Elle capable à son tour de générer un « travail cellulaire », dans ce cas, un transport des solutés contre leur gradient

Tous les transporteurs actifs primaires sont des ATPase

Fonctionnement de la Na+ -K+ ATPase

La Na+ -K+ ATPase pompe le Na+ à l’extérieur et le K+ à l’intérieur (soit contre leur gradient de concentration)

3 ions Na+ sont pompés à l’extérieur en échange de 2 ions K+ qui sont pompés à l’intérieur.

❖ La phosphorylation de la pompe entraîne un changement de conformation de la protéine, ce qui provoque une translocation des ions.

Conséquence d’inhibtion de la pompe ( et cause)

S’il y a une inhibition de la pompe Na-K —> on perd le gradient Na+ ext et K intérieur

L’inhibition de la pompe peut être fait par manque d’ATP

Transport actifs secondaires :

·       Source d’énergie : Gradient de concentrations de certains ions(Na+)

• Ne sont pas des ATPase

·   Le gradient Na+ est très élevé (NA+(ext) est plus grand que intérieur)

• o   Source d’énergie:

• o   L’entrée des ions Na+est couplée au transport d’une autre substance contreson gradient de concentration.

• Au moins 2 sites de liaison différents sur le transporteur protéique :

  • un site pour Na+

  • un site pour la substance activement transportée.

Deux types de transports actifs secondaires :

Symport (ou cotransport) : substance transportée dans la même direction que le Na+ . Ex.: Symport Na+ -glucose dans l’intestin, symports Na+ - acides aminés.

▪ Antiport (ou échangeur) : substance transportée dans le sens opposé au mouvement du Na+ . Ex.: les échangeurs Na-Ca et Na-H permettent de faire sortir activement les ions Ca2+ et H+ .

Exemple symport

le symport Na-glucose

Transport vésiculaire

Utilisés pour le transport de grosses molécules, particules et liquides à travers les membranes plasmiques.

Mécanismes actifs : utilisent de l’ATP comme source d’énergie

2 principes: endocytose et exocytose

Exocytose

Mouvement de substances de l’intérieur de la cellule à l’espace extracellulaire

Substance secreté par exocytose :

La vésicule exprime une protéine appellé Snare V sur la vésicule interagit avec le T-snare sur la membrane

• V snare permet d’interagir avec membrane plasmique snare= trap

 Hormones  Neurotransmetteurs (relâcher par neurone vers synapse avec un autre ou cellule effecteur)  Sécrétions de glandes exocrines  Déchets cellulaires

Endocytose

Mouvement de substances de l’espace extracellulaire à l’intérieur de la cellule

Les substances qui entrent dans la cellule sont enveloppées dans une vésicule formée à partir de la membrane plasmique.

• Des protéines de revêtement s’attachent d’abord à la surface interne de la membrane plasmique. Ceci crée une invagination de la membrane, un puits tapissé de protéines, qui constitue le point de départ pour la formation de la vésicule.

3 types

Transcytose :

Lorsque on va de l’endocystose (amène de l’extracellulaire vs intracellulaire puis il livre son contenu à une autre partie extracell.

—> Vu sur la cellule épithéliale où certaines substances peuvent être endocytées pour aller vers le basaux latéral

3 types d’endocytose

▪ Phagocytose

▪ Pinocytose

▪ Endocytose par récepteurs interposés

Phagocytose

: Cellule engloble grosse molécule par des faux pieds pseudopodes

Les phagocytoseont des recepteurs spécifiques qui se lie à substances spécifiques

Pinocytose

·       La molécule est dissoute dans le liquide intersitelle et ingéré par la cellule.

Pas une forme spécifique de sélections

·       Endocytose par récepteurs superposé

Lie des substances d’intérêt de la cellule par des recepteurs

Osmose :

· Mouvement net de solvant à travers la membrane sélective

·  Deux condition pour se produire : Gradient de concentration, membrane imperméable à certains molécules.

Condition : gradient de concentration (osmose)

i) La concentration de l’eau doit être différente de part et d’autre de la membrane;

• La concentration de l’eau doit être différente de part et d’autre de la membrane; l’eau diffuse alors de la région dont la concentration de l’eau est la plus élevée à la région dont la concentration en eau est la plus faible.

• La concentration de l’eau est inversement reliée à celle des solutés: i.e. la concentration en H2O diminue avec une augmentation du nombre total de molécules de solutés

Ex.: Dans l’eau pure, [H2O] = 55,5 mole/L. Dans une solution contenant 0.1 mole/L glucose, des molécules d’eau sont remplacées par le glucose, et [H2O] ≈ 55,5 – 0.1 = 55,4 mole/L

Dans cette situation, l’eau diffuserait de la région en eau pure à la région contenant du glucose (plus concentrer au moins concentrer)

Condtion osmose 2 : perméabilité de la membrane

La membrane doit être perméable à l’eau mais imperméable à certains solutés.

Ce sont principalement les aquaporines (protéine qui laisse rentrer l’eau.) ou sortir qui déterminent la perméabilité des membranes plasmiques à l’eau.

3) Les ions tel le Na+ peuvent diffuser à travers les membranes. Cependant, ils sont immédiatement retournés par des mécanismes de transports actifs Pompe NA-K ATPase, de sorte que ces ions se comportent comme s’ils n’étaient pas diffusibles —> L’eau rentre plutôt par les pores

Pression osmotique

Le mouvement net d’eau dans l’osmose crée une pression mesurable sur la membrane.

Osmolarité

concentration totale de tous les solutés dans une solution; l’unité est osmol/L. (peut être mésurer dans : sang, urine etc)

Exemples: • L’osmolarité d’une solution contenant 0.1 mole/L glucose = 0.1 osmol/L (= 100 mosmol/L) dans glucose il ya les liaisons covalente

• L’osmolarité d’une solution contenant 0.1 mole/L NaCl = 0.2 osmol/L (Le NaCl s’ionise en Na+ + Cl─ en solution, ce qui donne un total de 0.2 osmol/L) (car le na+ et cl- s’ionise dans l’eau car liaison ionique moins fort et va contribuer)

—> Dans composé ionique souvent ionisation fait l’osmolarité doubler.

Osmoralité extracellulair = intracellulaire (environ 300mosm/L)

• Dans le tableau c’est diff car il ne considère pas d’autre substance(ex.protéine plus dans millieu cell)

• Évite déplacement d’eau dans le cellule pour augmenter volume et diminuer osmolarité (fait éclater) or dry up like a raisin if going out

(Chaque substance contribue à la osmolarité d’une solution)

Osmolarité des propriété physiologique

*Utilise des concentration rounded.

Osmose se produit quand…

Quand il y a différence dans osmolarité

l’eau se déplace de région faible à région avec osmolarité élevé. l’eau ne se déplace pas du tout si l’osmolarité est le même.

Les cellules ont une membrane plasmique flexible et leur volume changerait si l’osmolarité intracellulaire était différente de l’osmolarité extracellulaire.(tonicité)

Tonicité

Capacité d’une solution de modifier la forme des cellules en
agissant sur leur volume d’eau interne.

Peut être sous trois formes : solution isotonique, hypertonique ou hypotonique

Solution isotonique

Concentration extracellulaire = concentration intracellulaire, donc pas de mouvement d’eau —>pas de changement de volume

Solution hypertonique

milieu extracellulaire plus concentré en soluté que millieu intracellulaire. (l’eau bouge à l’extérieur)

Solution hypotonique

Milllieu intracellulaire plus concentrer que extracellulaire, l’eau rentre (augmente volume cellulaire)

Pourquoi uni solution de NaCl (0,9%) est isotonique

0.9g/100ml d’eau

when u lose blood on ajoute pour rétablir les niveaux après hemmoragie

La concentration molaire est environ 154M

Donc l’osmolarité serais x2 = environ 300osm/L

Pourquoi une solution de 300mM est hypertonique pourquoi?

L'osmolarité dépend du nombre total de particules en solution.

Le NaCl se dissocie dans l'eau :

NaCl→Na+ + Cl-

Chaque mole de NaCl produit donc 2 particules.

Ainsi : 300 mM NaCl=300 mM Na+ + 300 mM Cl−

=600 mOsm/L —>Hypertonique

Exemple physiologique de l’osmose

L’eau douce est hypotonique : Osmolarité inférieur à 300 donc facilement absorber par osmose dans les intestin, mais l’Eau salé est environ 1000mOsm/L (hypertonique) nous fait perdre de l’eau par les intestins

Désydratation déclenche la soif : Perte d’eau sans perte de soluté = augmentation de l’osmolarité sanguine—> diminution de volume cellulaire.

• Si c’est chez les cellule spécialisé d’encéphale (osmorécepteur) déclenche le signal de soif

  • Signal au rein de réabsorber l’eau avant que cela s’élimine par urine

  • Ou dit au corps va boire de l’eau