1.5 – Types de 1.5 – Types de transports cellulairetransports cellulaire

SBI 4USBI 4U

Dominic DécoeurDominic Décoeur

Quels sont les Quels sont les besoinsbesoins d’une cellule vivante en matière d’une cellule vivante en matière première pour fonctionner et les première pour fonctionner et les déchets produitsdéchets produits??

Introduction

• Épaisseur : 7 à 8 nm• Deux feuillets visibles au

microscope électronique

1 nm (nanomètre) = 1/1000 de µm

Il faudrait superposer 10 000 épaisseurs de membrane pour obtenir l’épaisseur d’une feuille de papier.

Structure de la membrane cellulaire

Photographie au microscope électronique d’une membrane

Rôles de la membrane cellulaire

• Délimite et garde le contenu de la cellule à l’intérieur.

• Faite en fonction de laisser entrer et sortir des substances.

• Empêcher l’entrée de substances nuisibles.

• Prévenir l’échappement de substances essentielles à la cellule.

La membrane des cellules est formée d'une double La membrane des cellules est formée d'une double couche de phospholipides associés à d'autres couche de phospholipides associés à d'autres molécules.molécules.

Cholestérol : entre les

phospholipides (15 à 50 % des lipides)Protéines : à la surface

et à travers la cellule

Phospholipides :

deux couches

Glucides : attachés aux lipides

ou aux protéines

Composition chimique de la membrane cellulaire

Groupement phosphate polaire hydrophile

Acides gras non polaires hydrophobes

Comportement du phospholipides face à l’eau

Les phospholipides dans l'eau peuvent s'assembler en Les phospholipides dans l'eau peuvent s'assembler en une double membrane :une double membrane :

Mélangés à l’eau, les Mélangés à l’eau, les phospholipides peuvent former de phospholipides peuvent former de petites sphères : les petites sphères : les liposomesliposomes

Les molécules sont ordonnées, mais se Les molécules sont ordonnées, mais se déplacent sans arrêt les unes par rapport déplacent sans arrêt les unes par rapport aux autresaux autres. .

v ~ 2 m / sv ~ 2 m / s

Si une molécule de phospholipide avait la taille d’une balle de ping-pong (environ 10 millions de fois plus gros), la vitesse serait de 20 m/s soit environ 70 km/h.

À cette échelle, une cellule aurait un diamètre d’environ 200 m.

Mosaïque fluide :

Un phospholipide donné change de Un phospholipide donné change de position avec un autre plus d’un position avec un autre plus d’un million de fois par seconde.million de fois par seconde.

Ils offrent une certaine fluidité à la Ils offrent une certaine fluidité à la cellule.cellule.

Le cholestérol stabilise la fluidité :

• Si la température est haute, il diminue le mouvement des phospholipides ce qui réduit la fluidité.

• Si la température est basse, il empêche les phospholipides de trop se rapprocher ce qui augmente la fluidité.

Mosaïque fluide :

Peut se réparer d’elle-même

Si la membrane est percée ou déchirée, les molécules de phospholipides qui s’étaient écartées les unes des autres peuvent à nouveau se rapprocher et fermer l’ouverture.

Peut varier facilement sa taille

Si on ajoute des molécules de phospholipides, celles-ci se joignent aux autres et la membrane s’agrandit. Inversement, elle peut réduire sa taille si on enlève des molécules.

*** Deux sphères peuvent fusionner pour en former une plus grande.

Permet à une sphère de se diviser

Il suffit de resserrer l’équateur d’une sphère pour obtenir deux sphères.

Propriétés d’une membrane de phospholipidesPropriétés d’une membrane de phospholipides

Beaucoup de substances pénètrent dans la cellule en passant par des protéines formant des "tunnels" à travers la membrane.

Certains de ces "tunnels" peuvent se fermer ou s'ouvrir.

= valves nanotechnologiques

Le rôle des protéines dans la Le rôle des protéines dans la membrane cellulairemembrane cellulaire

Canal de membrane

Transport passifTransport passif Transport de molécules à travers de la Transport de molécules à travers de la

membrane sans que la cellule ne dépense membrane sans que la cellule ne dépense de l’énergie.de l’énergie.

Il y a trois sortes de transport passif : Il y a trois sortes de transport passif : la diffusion la diffusion l’osmose l’osmose la diffusion facilitée.la diffusion facilitée.

DiffusionDiffusion

Déplacement des molécules d’une région Déplacement des molécules d’une région de forte concentration vers une région de de forte concentration vers une région de faible concentration.faible concentration.

Pour des petites moléculesPour des petites molécules Fonctionne bien si la distance est courteFonctionne bien si la distance est courte

Par exemple, l’OPar exemple, l’O22 et CO et CO22 peuvent diffuser peuvent diffuser

directement à travers la bicouche de la directement à travers la bicouche de la membranemembrane

Une substance diffuse suivant son gradient de concentration : de la zone la plus concentrée à la zone qui l’est moins.

Diffusion

Diffusion

Diffusion

Les molécules de sucre commencent par se dissoudre dans l’eau. Leur concentration est alors très élevée autour du cube de sucre. Les molécules commencent donc à se disperser (diffuser) dans toute la tasse jusqu’à ce que la concentration de molécule de sucre soit égale partout.

Comment la vitesse de diffusion sera-t-elle modifiée si :

On élève la température du milieu?

On augmente le gradient (la différence) de concentration ?

Le nombre de canaux permettant la diffusion augmente ?

OsmoseOsmose

Déplacement des molécules d’Déplacement des molécules d’eaueau d’une d’une région de forte concentration vers une région région de forte concentration vers une région de faible concentration.de faible concentration.

L’eau contenue à l’intérieur de la cellule et L’eau contenue à l’intérieur de la cellule et dans le milieu extérieur diffuse librement à dans le milieu extérieur diffuse librement à travers la membrane cellulaire de façon à ce travers la membrane cellulaire de façon à ce que la concentration d’eau des deux côtés de que la concentration d’eau des deux côtés de la membrane demeure égale.la membrane demeure égale.

OsmoseOsmoseCondition Condition isotoniqueisotonique

Condition Condition hypotoniquehypotonique

Condition Condition hypertoniquehypertonique

Même quantité Même quantité d’eau à l’intérieur et d’eau à l’intérieur et à l’extérieur de la à l’extérieur de la cellule.cellule.

La diffusion est La diffusion est égale.égale.

Plus d’eau à Plus d’eau à l’extérieur de la l’extérieur de la cellule qu’à cellule qu’à l’intérieur.l’intérieur.

L’eau veut entrer L’eau veut entrer dans la cellule et dans la cellule et ceci peut provoquer ceci peut provoquer son éclatement son éclatement (lyse). (lyse).

Plus d’eau à Plus d’eau à l’intérieur de la l’intérieur de la cellule qu’à cellule qu’à l’extérieur.l’extérieur.

L’eau veut sortir et L’eau veut sortir et ceci rend la cellule ceci rend la cellule molle (plasmolyse). molle (plasmolyse).

Globules rouges en milieu :

• Isotonique

• Hypotonique

• Hypertonique

Isotonique HypertoniqueHypotonique

Globules rouges en milieu hypertonique

Lorsqu’on compare les concentrations de deux solutés :

• La solution la plus concentrée en soluté est dite hypertonique par rapport à l’autre.

• La solution la moins concentrée en soluté (la plus diluée), est dite hypotonique par rapport à l’autre.

• Si les deux solutions ont la même concentration, on les dit isotoniques l’une par rapport à l’autre.

Les molécules de soluté diminuent le nombre de molécules d'eau qui sont libres de se déplacer. L'eau se déplace où les molécules libres sont abondantes à là région où il y en a moins.

Molécules d'eau non libres

Molécules d'eau libres

Osmose

Un poisson vivant en eau de mer est-il en milieu hypo, hyper ou isotonique?

Comment le poisson peut-il survivre?

Eau (par osmose)

Sel(par diffusion)

L’eau de mer est hypertonique

Dans l’eau douce, les cellules des poissons sont plus concentrées que l’eau, et elles devraient absorber de l’eau par osmose et grossir.

Dans l’eau salée c’est le contraire, les cellules des poissons sont moins concentrées que l’eau, et elles devraient libérer leur eau par osmose.

Un poisson dans de l’eau douce va absorber de l’eau à travers ses branchies, mais également à travers toutes ses cellules de surface : son système rénal retraite cette eau et conserve l’équilibre.

Un poisson dans de l’eau salée, perdrait toute son eau très rapidement si sa peau n’était pas imperméable. Il n’absorbe de l’eau que par ses branchies qui filtrent le sel.

Si un poisson d’eau douce venait à se trouver dans de l’eau salée, il mourrait rapidement en perdant une grande partie de l’eau de ses cellules.

Comment le poisson peut-il survivre?

L’eau salée est absorbée par l’organisme et se retrouve dans le sang, puis dans le liquide dans lequel baignent les cellules de notre corps.

Le milieu entre les cellules étant plus concentré, l’eau sort des cellules par osmose.

La sensation de soif apparaît lorsque certaines cellules du cerveau sont suffisant déshydratées pour déclencher le besoin de boire.

Pourquoi boire de l’eau salée donne-t-il soif?

Diffusion facilitéeDiffusion facilitée Les molécules qui sont trop grosses pour traverser

directement la membrane passe par une protéine de transport. (p.ex., le glucose)

La protéine doit reconnaître la molécule pour la laisser passer (comme un casse-tête ou une clé et sa serrure).

En changeant de forme, sa structure 3D lui permet de faire une ouverture qui laisse entrer la substance dans la cellule.

Les molécules chargées (ions + ou -) passe par une autre protéine. Cette protéine ouvre un canal protéique chargé + ou – qui laisse passer les ions de charges opposées.

Fibrose KystiqueFibrose Kystique : problème de Na+ et  : problème de Na+ et Cl- car les canaux protéiques Cl- car les canaux protéiques fonctionnent inadéquatement et il y a fonctionnent inadéquatement et il y a accumulation de mucus. Donc, la accumulation de mucus. Donc, la condition n’est pas isotonique.condition n’est pas isotonique.

La diffusion se fait par l’intermédiaire d’une protéine de la membrane.

N .B. • Pas de dépense d’énergie• Se fait selon le gradient de concentration

Diffusion facilitée

AnimationAnimation

La diffusion facilitée La diffusion facilitée

http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_facilitated_diffusion_works.html

Le canal protéique fournit des passages remplis d’eau à travers lesquels Le canal protéique fournit des passages remplis d’eau à travers lesquels de petits ions dissous peuvent diffuserde petits ions dissous peuvent diffuser

La diffusion facilitée pour les molécules chargéesLa diffusion facilitée pour les molécules chargées

Transport actifTransport actif

Transport de molécules à travers de la membrane dans le sens contraire de la diffusion.

On part d’une région de faible concentration à une région de forte concentration.

Plus la différence de concentration est grande, plus la cellule doit fournir de l’énergie (p. ex., monter une côte à bicyclette).

• Besoin d’une source d’énergie (ATP)

• Peut se faire CONTRE le gradient de concentration

Indique une dépense d'énergie

Transport actif :

Ressemble à la diffusion facilitée (nécessite un transporteur) mais :

Transport actif :

Indique une dépense d’énergie

Transport actif :

Reins : Reins :

Ils retournent dans le sang le glucose et les aa de l’urine.Ils retournent dans le sang le glucose et les aa de l’urine.

Intestins : Intestins :

Les cellules absorbent les substances nutritives.Les cellules absorbent les substances nutritives.

Racines : Racines :

Les cellules des plantes absorbent les minéraux.Les cellules des plantes absorbent les minéraux.

Des exemples concrets

Exemple Exemple de la Pompe Na – Kde la Pompe Na – K

Lorsque 3 ions Na positifs à l’intérieur de la Lorsque 3 ions Na positifs à l’intérieur de la cellule et 2 ions K positifs du fluide cellule et 2 ions K positifs du fluide extracellulaire se lient à la protéine de transport, extracellulaire se lient à la protéine de transport, l’ATP permet à la protéine de changer de forme.l’ATP permet à la protéine de changer de forme.

Ainsi les 3 ions Na se retrouvent à l’extérieur de Ainsi les 3 ions Na se retrouvent à l’extérieur de la cellule et les 2 ions K à l’intérieur.la cellule et les 2 ions K à l’intérieur.

AnimationAnimation

La pompe sodium-potassium La pompe sodium-potassium

http://www.geniebio.ac-aix-marseille.fr/http://www.geniebio.ac-aix-marseille.fr/biocell/docs/pomp2.htmlbiocell/docs/pomp2.html

Le transport des grosses Le transport des grosses particulesparticules

Lorsque les molécules sont trop grosses Lorsque les molécules sont trop grosses pour faire du transport passif ou actif. La pour faire du transport passif ou actif. La membrane se replie sur elle-même pour membrane se replie sur elle-même pour former une vacuole qui peut « avaler » ou former une vacuole qui peut « avaler » ou « expulser » une substance.« expulser » une substance.

Le transport des grosses particules se fait Le transport des grosses particules se fait à l’aide de :à l’aide de :

L’endocytoseL’endocytose L’exocytose L’exocytose

EndocytoseEndocytose

La membrane se replie vers l’intérieur afin de La membrane se replie vers l’intérieur afin de laisser entrer des substances dans la cellule.laisser entrer des substances dans la cellule.

PinocytosePinocytose : pour petites particules : pour petites particules

PhagocytosePhagocytose : pour les grosses particules (bactéries,  : pour les grosses particules (bactéries, globules rouge)globules rouge)

Par site récepteurPar site récepteur : dans la vacuole, il y a des  : dans la vacuole, il y a des protéines spécifiques qui reconnaissent la substance. protéines spécifiques qui reconnaissent la substance. (ex : cholestérol)(ex : cholestérol)

(A) Les macrophages absorbent les globules rouges affaiblis et les (A) Les macrophages absorbent les globules rouges affaiblis et les bactéries par phagocytose. (B) Une cellule ingère des particules de bactéries par phagocytose. (B) Une cellule ingère des particules de solutés en même temps que des fluides par pinocytose.solutés en même temps que des fluides par pinocytose.

L’endocytoseL’endocytose

Phagocytose d’une bactérie par un globule blanc

ExocytoseExocytose

C’est le contraire de l’endocytose. Ce C’est le contraire de l’endocytose. Ce processus consiste à sortir des substances de processus consiste à sortir des substances de la cellule.la cellule.

Une vacuole dans la cellule va fusionner avec Une vacuole dans la cellule va fusionner avec la membrane pour libérer le contenu dans le la membrane pour libérer le contenu dans le fluide extracellulaire (p. ex., le pancréas qui fluide extracellulaire (p. ex., le pancréas qui libère l’insuline).libère l’insuline).

La transmission de l’influx nerveux d’un neurone à l’autre : un exemple d’exocytose

Neurone A (transmetteur) vers neurone B (recepteur)

1. Mitochondrie2. Vésicule synaptique avec neurotransmetteurs3. Autorecepteur4. Synapse libérant des neurotransmetteurs 5. Recepteurs postsynaptiques activés par des neurotransmetteurs (induction d'un potentiel postsynaptique )6. Canaux calcium7. Exocytose de vesicules8. Neurotransmetteur capturé

Endocytose = ENTRER

Exocytose = « EXIT » 

Un petit résumé…

AnimationsAnimations

L’endocytose et l’exocytoseL’endocytose et l’exocytosehttp://www.cegeprimouski.qc.ca/dep/biologie/cellule/endocytosehttp://www.cegeprimouski.qc.ca/dep/biologie/cellule/endocytosehtmlhtml

Le transport à travers les membranes cellulairesLe transport à travers les membranes cellulaires http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_transportmb.htmhttp://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_transportmb.htm

http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/701/chap3b_contenu.htmhttp://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/701/chap3b_contenu.htm

TransportTransport

Transport passifTransport passif-transport de molécules -transport de molécules sans dépense d’énergie sans dépense d’énergie (forte concentration à (forte concentration à

faible)faible)

Transport actifTransport actif-transport de molécules avec -transport de molécules avec

dépense d’énergie (faible dépense d’énergie (faible concentration à forte)concentration à forte)

Transport des grosses Transport des grosses particulesparticules

-molécules sont trop grosses -molécules sont trop grosses pour faire du transport passif pour faire du transport passif

ou actifou actif

Endocytose Endocytose (l’entrée)(l’entrée)

-membrane se replie vers -membrane se replie vers l’intérieur pour laisser l’intérieur pour laisser entrer des substancesentrer des substances

Exocytose Exocytose (« l’exit »)(« l’exit »)-vacuole se -vacuole se

fusionne avec fusionne avec la membrane la membrane pour libérer le pour libérer le contenu dans contenu dans

le fluide le fluide extracellulaireextracellulaire

PinocytosePinocytose-pour petites -pour petites

particulesparticules

PhagocytosePhagocytose-pour grosses -pour grosses

particules particules (globules (globules rouges, rouges,

bactéries)bactéries)

DiffusionDiffusion-pour des -pour des

petites petites molécules molécules (distance (distance courte)courte)

OsmoseOsmose-déplacement -déplacement des molécules des molécules

d’eau d’eau (hypertonique,(hypertonique,hypotonique, hypotonique, isotonique)isotonique)

Diffusion Diffusion facilitéefacilitée

-molécules -molécules trop grosses trop grosses passent par passent par

une protéine une protéine de transportde transport

Quiz : la membrane Quiz : la membrane cellulairecellulaire

À faire avec les élèvesÀ faire avec les élèveshttp://www.cegep-sept-iles.qc.ca/http://www.cegep-sept-iles.qc.ca/suzannebanville/membrane4/abc.htmlsuzannebanville/membrane4/abc.html

http://www.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/http://www.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/pascal/fya/quizz/gbourbonnais/pascal/fya/quizz/membrane.htmmembrane.htm

DevoirsDevoirs p. 34p. 34

(3, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 13)(3, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 13)

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RévisionRévision :  :

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