II. Composition et structure de la membrane plasmique .Chapitre 3 Transport passif des mol©cules

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  • Transports membranaires

    Chapitre 1 Caractristiques biologiques des membranes biologiques

    I. Dfinitions

    Membrane : interface entre 2 compartiments biologiques

    Membrane semi (hmi) permable : ne laisse passer que le solvant (H2O) Membrane dialysante : na laisse passer que le solvant + quelques ions

    II. Composition et structure de la membrane plasmique

    Protines extrinsques : solubles dans leau, pas de fonction de transport

    Protines intrinsques : insolubles dans leau, fonction de transport (pas toutes)

    Transports passifs : pores (passage des molcules de faon non spcifique en fonction de leurs tailles) et canaux

    (passage des molcules de faon spcifique : ligand-dpendant ou voltage-dpendant)

    Transports facilits : liaison substrat / protine entrainant un changement de conformation de la protine

    Passage plus important dun substrat spcifique (glucose ou eau)

    Transports actifs : pompes (passage des molcules de faon spcifique avec consommation dnergie, transport

    contre le gradient de concentration)

  • Chapitre 3 Transport passif des molcules en solution

    I. Gnralits

    Relation linaire entre la quantit de substance transporte (flux) et la force extrieure

    =

    : flux de substance i transporte (quantit de matire.m-2.t -1) Dbit = Flux Surface

    : coefficient de mobilit de la substance : concentration de la substance i du ct o sexerce la force : intensit de la force qui agit sur la substance (nature de cette force variable selon le transport)

    Force physique extrieure la membrane

    Diffusion : mthode inconsciente Force et nergie internes au systme (ex : agitation molculaire avec une nergie thermique et

    une diffrence de potentiel chimique comme force)

    Migration : mthode douce Force externe (champs) et nergie potentielle interne (ex : migration lectrique, pesanteur) au

    systme

    A lorigine de la migration des ions et des molcules charges

    Convection : mthode forte

    Force et nergie externes au systme (ex : circulation sanguine et travail cardiaque)

  • II. Les transports par diffusion

    1. Diffusion libre en labsence de membrane

    a) Donnes exprimentales

    Loi de Fick : diffrence de concentration entre 2 compartiments

    - Initial : C1 > C2 soit > - Equilibre (sans la membrane) : = soit =

    Egalisation des concentrations lorsque

    Agitation molculaire : probabilit de diffusion de 1 vers 2 suprieure la probabilit de 2 vers 1

    Dbit de matire : transport dune certaine quantit de matire n (mole) par unit de temps = . (. ) : nombre de mole : temps en s : flux de substance par unit de temps (mol.m-2.s-1) : surface de section traverse (m2)

    b) Expression du flux de matire : loi de Fick

    = ! = " ! : coefficient de mobilit mcanique : nombre de mole par unit de volume " : coefficient de diffusion (m2.s-1)

    Loi de Fick = . " !

    Estime le dbit de substance transporte

    Le dplacement des molcules se fait du milieu le plus concentr vers le milieu le moins concentr.

    c) Signification du coefficient de diffusion " = . #$ % = 1 '() ( dpend de la masse et de la taille des molcules de solut et de la nature du solvant. et " augmentent avec la temprature et diminuent avec la masse et la taille des molcules de solut.

    d) Diffusion du solvant Mme loi en sens inverse du solut, * : mobilit de leau

  • 2. Diffusion des molcules neutres travers une membrane

    a) Cas dune membrane non slective

    Membrane biologique dpaisseur % perce de pores de diamtre suprieur celui des molcules du solut 1 > 2 = "% . ( )

    Coefficient de permabilit diffusif + (m.s-1) : , = " %) Loi de Fick = ,. . ( ) : surface totale des pores et non surface totale de la membrane

    b) Diffusion travers une membrane slective

    Lorsque le diamtre des pores de la membrane devient infrieur lencombrement des molcules de solut, la

    diffusion nest plus possible.

    Point de coupure : valeur de la masse molaire correspondant ce cas de figure (dpend de la taille des pores)

    Lendothlium peut tre assimil une membrane dialysante

  • 3. Diffusion des molcules charges travers une membrane dialysante

    a) Donnes exprimentales

    Membrane laissant passer les petits ions mais pas les macromolcules (protines charges ngativement).

    A lquilibre, on observe une ingalit de concentration des ions Na+

    et la prsence dun gradient diffrence de

    potentiel de part et dautre de la membrane associ un champ lectrique - (la protine attire les ions de signe contraire).

    b) Interprtation : quilibre de Donnan

    Pour respecter llectroneutralit, une deuxime force intervient

    Apparition dun gradient de potentiel permanent au niveau de la membrane

    Lingalit de concentration entre les ions Na+ et Cl

    - prend le nom dquilibre de Donnan.

    ['/] [] = ['/] []

    c) Loi de Nernst

    Dans le cas de deux ions monovalents :

    1 1 = #$34

    Avec et les valeurs respectives des concentrations de chacun des ions dans les deux compartiments. 356 = 1 et 37 = -1

    1 1 = #$4 . ln ['/]['/] = #$4 . ln [

    ][] ; ['/] [] = ['/] []

    En prsence de CaCl2, on obtient : 36 = 2 et 37 = -1

    1 1 = #$4 . ln ;[/][/] = #$4 . ln [

    ][] ;

  • III. Les transports par migration

    Force externe applique sur les molcules : champs lectrique ou gravitationnel

    Energie potentielle interne

    1. Transport sous leffet dun champ lectrique

    a) Mobilit ionique des ions en solution

    Equilibre des forces : vitesse constante (= = 3%- = = >?*@ = A- ( : coefficient de frottement = : vitesse des ions 3 : valence de lion % = 1,6 10-19 C - : champ lectrique

    Mobilit lectrique (m2.V

    -1.s

    -1)

    A = 3%( = =- A dpend de la masse, de la charge, de la forme et du nombre de molcules deau qui lentourent

    Ion C (m2.V-1.s-1) Na

    + 5,2.10-8

    K+ 7,6.10-8

    Cl- 7,9.10-8

    Relation entre la mobilit mcanique et la mobilit lectrique

    = A34 avec 4 (Faraday) = %'

  • b) Transport des ions en solution induit par une force lectrique

    Membrane permable charge 1 = 2

    * = " . 34#$ . . 1! = A. . -

    (mol.m-2

    .s-1

    )

    En pratique, la concentration des ions de part et dautres dune membrane vivante nest pas constante.

    Transport lectrodiffusif : action parallle dune diffrence de concentration et dune diffrence de potentiel

  • c) Transport lectrodiffusif des ions (loi de Goldman)

    Calcul du flux lectrodiffusif dun ion

    Membrane permable charge 1 < 2

    Les ions sont soumis un double flux

    Un flux diffusif (du milieu le plus concentr vers le moins concentr) : = " . !

    Un flux lectrique (dpend du signe) :

    * = " . 34#$ . . 1!

    Flux lectrodiffusif * = " E! + 34#$ . . 1!G

    Le flux lectrodiffusif reprsente la rsultante du flux diffusif et du flux lectrique.

    A lquilibre, le transport sannule lorsque la force de diffusion est quilibre par la force lectrique : ED = 0

  • Transport lectrodiffusif de plusieurs espces dion en solution

    A lquilibre, * = 0 : nombre despces dion diffrentes

    Exemple : Transport de deux cations de mobilits diffrentes

    Membrane non charge

    Mobilit diffrentes : AK > ANa Diffusion plus rapide de K

    + vers le compartiment 2 que de Na

    + vers le compartiment 1

    Apparition dune diffrence de potentielle transitoire sur la membrane, celle-ci tant charge positivement dans le compartiment 2

    Ce gradient de potentiel est lorigine dun flux lectrique parallle au flux diffusif

    Constitution dun flux lectrodiffusif : ralentit la diffusion de K+ et acclre celle de Na+

    La rsultante du flux devient alors identique pour les deux flux

    Equilibre des concentrations et ddp = 0

    Loi de Goldmann pour deux cations

    1 1 = #$34 A56 ['/] + AJ [K]A56 ['/] + AJ [K]

    AK et ANa : mobilits respectives du Na+ et du K+

  • 2. Transport sous leffet dun champ de pesanteur

    a) Action dun champ gravitationnel

    Des particules en solution peuvent sdimenter dans le champ de gravit terrestre.

    Force dacclration 4g = L = M1L M : masse volumique de la particule 1 : volume de la particule

    Forces de dclration

    Pousse dArchimde ,A = M1L M : masse volumique de la solution

    Force de frottement (ou de friction) lie au solvant 4f = (= ( : coefficient de frottement (friction) = : vitesse des particules

    Vitesse de sdimentation

    1 == Vg (M M) ( = Mg '( R1 M

    M S T : masse molaire de la molcule ' : nombre davogadro avec 1 = TM'

    b) Vitesse de sdimentation dune particule sphrique

    1 = 2g VM MW X 9Z 1 diminue si la viscosit augmente et augmente avec la taille de la particule.

    c) Mesure de la vitesse de sdimentation globulaire

    Deux phases :

    - Plasma ou surnageant (partie liquidienne du sang) - Sdiments au fond du tube (GR, GB, plaquettes, protines, )

    Mesure de la hauteur de la colonne de plasma aprs sdimentation des GR pour mesurer la 1 La VS sacclre avec lge et la grossesse hors pathologie

    Etat pathologique : lvation de la VS si agglomration des GR en rouleaux

  • d) Centrifugation

    En pratique, lagitation molculaire soppose la sdimentation spontane des macromolcules : phnomne lent

    Centrifugation : augmente 1

    Acclration provoque par une rotation