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Membranes cellulaires et transports de substances entre les compartiments …
Membranes cellulaires et transports de substances entre les compartiments
Fonctions générales des membranes
Fournissent un soutien structurel
Protéines intracellulaires = cytosquelette pour maintenir la forme
Connections entre membranes cellulaires et fibres dans la substance extracellulaire = stabilisent les assemblages des cellules au sein des tissus
Assurent une compartimentation (intérieure et extérieure) et une isolation
Membrane cellulaire = barrière physique entre cellule (cytosol ou liquide intracellulaire) et liquides environnants
Membranes des organites = constitution de microenvironnements propices au développement d'activités au sein des organites
Sont des barrières à perméabilité sélective
La cellule doit se fournir en nutriments et autre (ions) pour métabolisme et éliminatin de produits
Barrière sélective perméable contenant systèmes de transport
Phénomènes de transport d'ions résulte en une différence de charges électriques de part et d'autre de la membrane cellulaire
Site de communication entre cellule et environnement
Membrane cellulaire = zone cellulaire première concernée par les modifications dans le liquide extracellulaire
Site d'activités biochimiques
Charpente mise à disposition où les molécules interagissent
Structure des membranes cellulaires
Structure et composants = pour toutes les membranes (8nm)
Toutes les membranes sont composées d'un assemblage de lipides et protéines avec un peu d'hydrates de carbone
Composition peut varier entre lipides (phospholipides et cholestérol) et protéines
Concept de mosaïque fluide (schéma) = caractère dynamique des membranes cellulaires
Lipides forment une bicouche lipidique dans laquelle s'insèrent les protéines formant la "mosaïque"
Bicouche = barrière que seules les molécules liposolubles peuvent traverser
Support d'angrage des protéines membranaires
Hydrates de carbone = surface extracellulaire, enduit externe ou "coating"
Protéines et lipides amovibles -> "fluidité"
La membrane lipidique forme une barrière entre le cytoplasme et le liquide extracellulaire
Phospholipides
Tête hydrophile = région glycéro-phosphate
Queue hydrophobe = région des acides gras
Quand placés dans solution aqueuse, s'orientent spontanément vers l'eau (hydrophile) ou faca à face contre l'eau (hydrophobe). S'observe dans 3 types de structures
Bicouches lipidiques
micelles
Liposomes
Sont différents selon qu'ils sont sur le versant extracellulaire ou intracellulaire
Environ 10% qui font face à l'extérieur se lient avec des glucides => glycolipides
Cholestérol
Hydrophobe
Molécules rendent les membranes imperméables aux petites molécules solubles dans l'eau et flexibles malgré changements de température
Les protéines membranaires peuvent être liées lâchement ou fermement à la membrane
Chaque cellule contient entre 10 et 50 protéines =/ insérées dans la bicouche
Protéines intrinsèques = traversent la membrane
S'étendent dans les espaces intra et extracellulaires
Transport des molécules
Dans certaines cellules, détermination d'une polarité cellulaire (protéines différentes donc propriétés différentes)
Protéines périphériques/adventices = associées à la membrane
Attachées moins fermement sur une des faces de la membrane
Certaines sont des enzymes
Certaines lient la membrane au cytosquelette
Parfois liées à des glucides = glycoprotéines
Les protéines membranaires ont de multiples fonctions
Protéines de transport = Canaux + transporteurs
Transport passif ou actif
Protéines enzymatiques = accélèrent certaines réactions
Enzymes
Protéines structurelles
Protéines d'adhérence intercellulaire
Protéines de fixation au cytosquelette
Protéines réceptrices = reçoivent les signaux de l'organisme
Récepteurs membranaires : tranemsttent des signaux
Electriques
Chimiques
De contact
Les hydrates de carbone membranaires s'attachent aux lipides et aux protéines
Barrière + soutien structurel
Seulement sur la surface externe de la cellule
Attachés aux protéines = glycoprotéines
Attachés aux lipides = glycolipides
Forment une couche protectrice = glycocalyx
Glucides différents, "marqueurs" de reconnaissance
Canaux et transporteurs protéiques membranaires
Définition
Canaux = transfert rapide
Transporteurs = Distingue molécules avec structure proche
Les canaux protéiques forment une voie de passage remplie d'eau qui connecte l'intérieur et l'extérieur de la cellule
Canaux étroits, peu de choses passent
Eau
Ions
petites molécules
Sélection des molécules en fonction de leur charge
Si les a.a sont chargés
Les ions de même signes sont repoussés
Les ions de signe opposé sont attirés
Canaux spécifiques pour un sel type d'ions
Canaux à chlore : CL-
Canaux à sodium : Na+
Canaux à potassium : K+
Différentes "entrées"
Certains canaux sont ouverts en permanence = canaux de fuite
Certains canaux ont une "porte = canaux contrôlés par une porte
Certains canaux ont deux portes = ex : neurones
Facteurs influençant leur femreture et ouverture
Canaux ligands-dépendants
Canaux voltage-dépendants
Canaux mécaniquement-dépendants
Les transporteurs protéiques membranaires fixent des molécules spécifiques
Temps nécessaire pour la modification de forme de la protéine = 1000 à 100 000 molécules traversant la membrane par seconde
Les canaux laissent passer plusieurs millions d'ions par seconde
Plusieurs caractéristiques différencient transporteurs et canaux
Transporteur
La molécule se lie au transporteur
Protéines transporteuses = 2 portes, une ouverte et l'autre fermée et vice versa sans communication directe entre liquides intra et extracellulaires
Canal
La molécule traverse le canal
N.B : ATP = adénosine triphosphate -> source d'énergie
Si pas d'ATP : transport passif
Compartiments corporels
On peut diviser le corps en 2 parties
Compartiment intracellulaire
Compartiment extracellulaire = séparé en 2 par parois des vaisseaux du système circulatoire
Compartiment interstitiel
Compartiment plasmatique (portion liquide du sang)
Parois des vaisseaux trop épaisse pour l'échange entre plasma et liquide interstitiel
SAUF capillaires sanguins (une seule couche de cellules)
Capillaire = filtre qui retient les cellules circulant dans le sang et les protéines mais en laissant passer le reste du plasma et ce qu'il contient
Membrane cellulaire = barrière efficace
L'entrée et/ou la sortie d'une cellule dépend de
Propriétés de la membrane
Propriétés de la substance
Les mouvements au travers des membranes
Quelques mots
Perméabilité à une molécule/substance = traverse librement la membrane
Imperméabilité à une molécule/ substance = ne traverse pas la membrane
Caractéristiques des molécules qui influencent leurs mouvements au travers des membranes
Taille
Solubilité
=> Petite taille et grande solubilité = passage libre
Molécule plus volumineuse, moins soluble dans les lipides = ne traverse pas les membranes
Passage transmembranaire
Soit le passage est direct à travers la membrane, soit une protéine intervient
Soit le transport est
Passif = aucun apport d'énergie requis
Actif = fourniture d'énergie nécessaire pour traverser
La diffusion simple
Définition
= Tendance des molécules et ions à se répandre dans l'environnement
S'effectue en un gradient de concentration
= D'une zone de concentration élevée vers une zone de ocncentration faible)
Processus spontané et passif
La diffusion est un processus lent
La vitesse de diffusion est inversement proportionnelle au carré de la distance à parcourir
Le corps a besoin de moyens plus rapides de transport des nutriments
Rôle du système circulatoire
Plusieurs facteurs influencent la vitesse de la diffusion
Proportionnelle à
la température qui influence l'agitation moléculaire
la surface de la membrane traversée
Inversement proportionnelle à
la taille de la molécule qui diffuse
l'épaisseur de la membrane
La diffusion peut se produire dans un système ouvert ou au travers d'une membrae qui sépare deux systèmes
Exemple : parfum dans une pièce = système ouvert
La diffusion directement à travers la membrane plasmique est possible dans les cas suivants
La substance est liposoluble
Traverse par simple diffusion
Est non polaire
La substance doit être assez petite pour passer dans les pores de la membrane
La couche lipidique de la membrane cellulaire empêche son franchissement par les molécules solubles dans l'eau
Les transports médiés par les protéines
Transport médié = déplacement d'une substance via un transporteur protéique
Tant les transports passifs que les transports actifs montrent une spécificité et une saturation
Différence
Transport passif = diffusion facilitée
Transport actif = nécessité d'énergie (fournie par ATP (directe) ou gradient de concentration (indirecte))
Spécificité
Le fait que le transporteur ne transporte qu'une molécule ou groupe de molécules apparentées par leur structure
Affinité = vitesse de transport
Pour glucose (apparenté au mannose, galactose, fructose...), le transporteut a une meilleure affinité avec le glucose
Compétition
Découle de la spécificité et de l'affinité
Si meilleure affinité avec glucose qu'avec fructose, stoppe le transport du fructose
Ralentit le transport du fructose
Saturation
Vitesse maximale de transport
Dépend de
Nombre de transporteurs
Concentration en substance à transporter
Métaphore avec portes d'une salle de concert
La diffusion facilitée
Permet à des grosses molécules (ex : glucose) de traverser la membrane via une protéine
Suivent un gradient de concentration
Transport passif
Transports actifs / pompage de solutés
Créent un état de déséquilibre car concentration > sur un côté de la membrane (NOTION ++)
Déplacent les solutés à "contre-courant"
Nécessite apport d'énergie
Certains déplacent plusieurs molécules = cotransport
Si les molécules vont dans la même direction = symport
Si les molécules vont dans des directions >< = antiport
Transports actifs primaires VS secondaires
Transports actifs primaires
L'énergie vient directement de la décomposition de l'ATP
Exemple : sodium-potassium ATPase
Transports actifs secondaires
Utilise l'énergie potentielle dans un gradient de concentration
Dépendent d'un transport actif primaire
Exemple : le déplacement du sodium qui fournit l'énergie
Accumulation d'énergie
La molécule transportée en même temps que le sodium peut être
Un ion
Une autre molécule non chargée
Transports vésiculaires
Nécessite la présence d'ATP
Principaux transports
Endocytose
Exocytose
Dans l'exocytose, le passage se fait de l'intérieur de la cellule vers l'extérieur
Sécrétion d'hormones
Libération de neurotransmetteurs
Libération de mucus
Sécrétion d'enzymes digestives + élimine certains produits des cellules
Contribue à la croissance des membranes
Vésicules entourent la substance qui subit l'exocytose
Processus de fusion
2 étapes
Faire sortir des résidus de la cellule
Renouveler la membrane
L'endocytose permet l'entrée de macromolécules ou grosses particules dans la cellule
Cellule progressivement entourée par un repli de la membrane celullaire
3 formes d'endocytose
Phagocytose
= Action de manger
Forme des pseudopodes qui entourent une particule
Bactérie, poussière, allergène...
Devient un phagosome (vésicule) et s'allie à un lysosome
Phagolysosome
Chez l'homme = macrophages et globules blancs responsables
Nettoient l'organisme, homéostasie
Cellules phagocytaires se déplacent en mouvements amiboïdes
Rampent dans les tissus
Pinocytose
= Action de boire de la cellule
Repli formé par la membrane plus petit
Entoure une gouttelette de liquide extracellulaire
Gouttelette pénètre dans la cellule par vésicule
Impliquée dans l'absorption
Observée aussi dans les capillaires
Endocytose par récepteurs interposés
Processus sélectif ++
Substance se lie préalablement à un récepteur de la membrane
Substance = ligant
Puits tapissé
Pénètrent dans la cellule via vésicule tapissée
Recouverte de clathrine (protéine)
Certaines molécules subissent une transcytose
Le matériel endocyté traverse la cellule -> de l'autre côté
Sécrétion d'anticorps dans le lait maternel
Absorption d'anticorps du lait maternel dans le tube digestif
Distribution d'eau et des solutes dans l'organisme
Les cellules vivantes consomment de l'énergie pour maintenir un état de déséquilibre chimique
L'organisme est maintenu en déséquilibre car mécanismes de transport
3 compartiments de l'organisme + % d'eau dans chaque
Plasma (8%)
Liquide interstitiel (25%)
Liquide intracellulaire (67%)
Eau = 60% du corps humain (70KG = 42KG d'eau)
L'eau se déplace entre les compartiments librement
= Equilibre osmotique
Quelques mots
Se répartissent d'eux-mêmes
Différences de concentration pour les ions qui ont besoin d'un transporteur
Perméabilité sélective
La tonicité d'une solution fait référence aux variations de volume cellulaire
Cellules animales : si déséquilibre osmotique, subissent
Soit
Gonflement = gain d'eau
Rétraction = perte d'eau
Tonicité
= Capacité d'une solution de modifier le tonus ou la forme des cellules en agissant sur leur volume d'eau interne
Terme physiologique <=> variations de volume cellulaire
Lorsqu'une cellule est placée dans une solution
Si le volume cellulaire ne change pas
Solution isotonique
Si la cellule perd de l'eau (rétraction)
Solution hypertonique
Si la cellule gagne de l'eau (gonflement)
Solution hypotonique
La tonicité dépend de
L'osmolarité
La nature des solutés
Nature = caractère diffusible ou non
L'eau traverse les membranes par osmose
= Traversée d'eau dans une membrane à perméabilité sélective
Se produit quand la concentration d'eau est =/ entre deux côtés
Calcul de l'osmolarité d'une solution
Tenir compte du nombre de particules en solution
OsM/l
Différente de la molarité = nombre de moles par litre de solution
mol/L
Si on considère deux compartiments avec
Une membrane perméable à l'eau
Une membrane imperméable aux solutés
=> L'eau se déplace de l'un (le + concentré) à l'autre
Résulte d'une pression osmotique (= pression hydrostatique avec piston)
Séparations de charge dans l'organisme
Dans une cellule
Si transport actif d'une protéine dans la membrane
Production d'un gradient électrique : par exemple, l'intérieur de la cellule est négatif par rapport à l'extérieur
Transport actif d'ions + (par ex) => asymétrie de concentration
= Gradient chimique de concentration
= Gradient électrochimique (nom complet)
Plusieurs conséquences de séparation des charges
Les ions + et - s'attirent, les - veulent suivre les + à l'extérieur
La membrane empêche les ions - de passer
L'ion + sera attiré vers l'intérieur de la cellule à cause du -
Membrane imperméable aux ions, les empêche de passer
Gradient électrique entre les liquides interne et externe
= Différence de potentiel membranaire de repos
L'eau se déplace librement dans la membrane, donc pas de =/ de concentratins ioniques de part et d'autre de la membrane
Une différence de potentiel membranaire de repos résulte de mouvements d'ions
Repos = on observe ce potentiel dans toute cellule vivante
Potentiel = Le gradient électrique créé par le transport actif d'ions est une source de "stockage d'énergie"
Différence = Le potentiel de la membrane résulte d'une différence entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule
Quels ions produisent la différence de potentiel de membane de repos dans les cellules vivantes ?
Les cellules réelles ne sont pas imperméables à tous les ions
Canaux ioniques ouverts
Transporteurs protéiques
Si dans une cellule :
Il n'y a pas d'asymétrie de répartition des charges, le système
Est en équilibre électrique
Pour le K+
Les forces électriques provoquant son entrée deviennent = aux forces chimiques qui provoquent sa sortie
Il n'y a plus de mouvement net de K+
Le potentiel d'un ion donné peut être calculé en utilisant l'équation de Nernst
K+ et Na+
N.B : pour le gradient de concentration
Si haute concentration => basse concentration = PASSIF
On suit le gradient de concentration
Si basse concentration => haute concentration = ACTIF
On va contre le gradient de concentration