PACES Amiens 2010/2011 – UE2 - Biologie cellulaire – Transport sans mouvement

CHAPITRE 2   : Transport membranaire sans mouvement de membrane

Le transport membranaire a 2 fonctions principale   : - Maintien de concentration de solutés de part et d’autre d’une membrane- Transport d’ions et de macromolécules

La perméabilité sélective de la membrane   : elle sélectionne les molécules qui ont le droit de passer- Passent facilement : O2, CO2, N2, benzène, urée, glycérol, éthanol, stéroïdes- Ne passent pas : glucose, saccharose, acides aminés, protéines, (nécessitent des transporteurs spécifiques) H+, Na+, HCO3

-, K+, Ca2+, Cl-, Mg2+.- Peut ou non passer : eau

Nécessitées du transport membranaire   : - Transduction des signaux reçus- Exocytose- Endocytose

Classement des transports :- Transport qui utilise de l’énergie (transport actif) ou non (transport passif)- Présence d’une protéine la perméase (protéine transmembranaire de transport) ou non

Deux principales classes de perméases   : - Canal protéique : protéine avec un centre hydrophile. Il peut être fermé ou ouvert selon un signal ou ouvert en permanence.- Protéines de transport : change de conformation. Elles fixent un soluté, changent de forme, puis recrachent le soluté de l’autre côté.

I/ Les différents transports membranaires

Le transport passif   : il va dans le sens du gradient transport du + vers le – pas de consommation d’énergie.

Le transport actif   : il va dans le sens oppose au gradient transport du – vers le + d’où la consommation d’énergie.

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A/ Le transport passif

1/ Sans perméaseDiffusion simple à travers la membrane selon le gradient de concentration.

2/ Avec perméase- Canaux ioniques dont l’ouverture dépend du potentiel électrique de la membrane (voltage dépendant)- Canaux ioniques dont l’ouverture dépend de la présence d’un ligand- Transporteurs uniports ne fonctionnant que dans un seul sens, spécifiques d’un ligand- Aquaporines pour transporter l’eau.

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B/ Le transport actif avec perméase

Le transport utilise la déphosphorylation de l’ATP pour obtenir de l’énergie, un transport actif se fait toujours à l'aide d'une perméase..Phosphatase   : enlève un phosphateKinase   : ajoute un phosphate

Ces protéines permettent aussi le transport passif en même temps que s’effectue un transport actif (co-transport).

Symport : deux molécules dans le même sens.Antiport : deux molécules dans des sens opposés.

II/ Le transport passif

1/ La diffusion simpleConcerne essentiellement des gaz, les molécules lipophiles (hormones stéroïdes et thyroïdiennes, urée, éthanol) et l’eau : molécules petites et non chargées. Concerne les molécules hydrophobes.

Le transport passif ne dépend que des concentrations internes et externes de la molécule : gradient de concentration.

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PACES Amiens 2010/2011 – UE2 - Biologie cellulaire - Transport sans mouvementLa molécule traverse la bicouche lipidique jusqu’à ce que les concentrations s’équilibrent entre chacun des compartiments qui la bordent.

2/ La diffusion facilitée par protéasesSans consommation d’énergie grâce à l’intervention d’une glycoprotéine transmembranaire (transporteur passif) ou d’un complexe de plusieurs glycoprotéines transmembranaires. (Canal ionique) S’effectue en fonction du gradient de concentration.Pas de dissolution des molécules dans la bicouche lipidique.

Chaque perméase est spécifique de ce quel transporte.

3/ Exemple : Le transport passif du glucoseLe glucose utilise un transporteur uniport spécifique. Ce transporteur Glut-1 est transmembranaire, il traverse 12 fois la membrane. Il permet une diffusion beaucoup plus rapide que la diffusion passive. La vitesse atteint tout de même une valeur seuil que l'on ne peut pas dépasser.Pour v=50% la concentration correspondante nous donne le Km, plus Km petit plus l'affinée pour la molécule transportée est grande et plus la vitesse est rapide, l'affinée est inversement proportionnel Km.Spécificité : Le Glut-1 ne transporte pas aussi facilement les D-mannoses et le D-galactoses que les D-glucoses. Il est donc spécifique du glucose.Les autres formes D (manose, galactoses...) agissent comme des inhibiteurs compétitif de Glut-1.La phloridzine elle est un inhibiteur non compétitif de Glut-1.Le Glut-1 est une perméase, il ne transporte qu’une seule molécule à la fois.

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4/ Le transport passif de l’eauÀ travers la membrane, ou par des aquaporines. (6 aquaporines : AQP0 à AQP5)

5/ Le transport de molécules chargéesLes canaux   : Ils permettent le transport des molécules chargées électriquement. Le potentiel de la membrane est appelée gradient électrochimique.

Le transport peut s’effectuer :- Sans potentiel de membrane- Avec un potentiel membranaire interne positif- Mais le transport est plus efficace avec un potentiel membranaire interne négatif. (du plus chargé vers le moins chargé) Ce dernier cas est aussi le plus courant.

La concentration en K+ est plus élevé dans la cellule, les concentrations en Ca2+, Mg2+ Cl- et HCO3

- sont plus élevés dans le milieu extracellulaire. Le maintien de ces concentrations dépend des canaux ioniques, dont l’ouverture dépend de signaux internes ou externes. Ainsi certains dépendent de ligands pour leur ouverture ou leur fermeture : le ligand s’attache à la protéine, qui change de forme : elle s’ouvre ou se ferme.

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L’ouverture des canaux   : - Ouverture vers la cellule dépendante d’un ligand- Ouverture vers l’extérieur dépendante d’un ligand- Ouverture due à un signal électrique- Ouverture due à des pressions mécaniques

Canaux ioniques voltage-dépendant :Canaux à Ca2+, Na2+, Cl-, K+.Leur ouverture dépend du potentiel de la membrane.Leur localisation n’est pas limitée à la membrane plasmique. (ex : membrane mitochondriale).

Potentiel d’action   : Le canal est fermé au repos. Il s’ouvre lorsqu’il reçoit un message. Son potentiel augmente jusqu’à saturation (trop de messages) Il est alors inactivé. Son potentiel diminue progressivement, jusqu’à la fermeture du canal.

III/ Le transport actif

Le gradient chimique est la concentration. Le gradient électrique est le différentiel de potentiel membranaire.La diffusion se fait à l’inverse du gradient : il est donc nécessaire d’apporter de l’énergie.

Il se fait toujours par l’intermédiaire d’une protéine transmembranaire.

Phosphatase spécifique = ATPase

Le transport actif :- Consomme de l’énergie fournie par l’hydrolyse de l’ATP par l’ATPase.- Peut être couplé à un transport passif dans le cas des cotransports.- Dépend d’une perméase. (Donc pas de transport actif simplement à travers la membrane)- S’effectue contre le gradient de concentration.

Exemple : la pompe à sodium   :

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PACES Amiens 2010/2011 – UE2 - Biologie cellulaire – Transport sans mouvementLe Na+ est plus concentré à l’extérieur ; le K+ à l’intérieur. Les deux transports se font contre les gradients de concentration : le Na+ vers l’extérieur, le K+ vers l’intérieur. Ce double transport est assuré par la dégradation de l’ATP en ADP + Pi à l’aide de la phosphatase. Son cout de fonctionnement est très élever puisqu’il représente 1/3 de l'énergie produite par la cellule, mais il est vital !Elle peut être inhibé par la ouabaine, cette substance est donc un poison mortel pour l'organisme.Fonctionnement :1) Dans un premier temps, 3 Na+ se fixent au niveau de la partie cytoplasmique de la pompe.2) Le Pi se fixe sur la pompe.3) Elle change de conformation et libère les trois ions sodiums.4) Les 2 K+ se fixent alors sur la partie externe de la pompe.5) Le Pi se détache pour être recyclé (pour reformer de l’ATP à partir d’ADP) à l’aide d’une kinase.6) La molécule change de conformation, et libère les deux ions potassiums.

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La pompe à sodium :- Participe au maintien de la composition ionique du sang.- Contribue au maintien des ions osmotiques actifs.- Crée un potentiel électrique entre la surface externe et la surface interne de la membrane (elle participe à la création de cette ddp mais n'en est pas la seul cause).- Permet le fonctionnement des canaux voltage-dépendant.- Participe au fonctionnement des symports Na+/glucose.

Symport Na + /Glucose   : Les deux molécules sont fixées ensemble. Transport du sodium dans le sens du gradient de concentration. Transport du glucose contre le gradient : transport actif secondaire.Donc : un transport actif et un transport passif.

Le transport trans-cellulaire   : Ex : le glucose doit traverser une cellule épithéliale de l’intestin pour passer dans le sang. La concentration en glucose est beaucoup plus importante dans la cellule qu’à l’extérieur. Donc il y a un gradient de concentration.Page 8 sur 9

PACES Amiens 2010/2011 – UE2 - Biologie cellulaire – Transport sans mouvementLe transport de l’intestin à la cellule est actif (symport Na+ /glucose), le transport de la cellule au sang est passif. (Transport facilité par Glut-1) Le sodium est recyclé en sortant par la pompe sodium-potassium. Les perméases sont donc placées en fonction de leur utilisation.

D’autres antiports : sodium/calcium et sodium/H+

Dans les cellules animales, les symports dépendent du Na+, dans les cellules végétales ils dépendent du H+.

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