Types de Transports Membranaires

Types de Transports Membranaires

• Il existe deux types de transports membranaires : les transports perméatifs et les transports cytotiques.

Transports Perméatifs

• Ils permettent le transport des ions et des petites molécules à travers la membrane.
• Ils n'impliquent pas de déformation membranaire visible à l'échelle ultrastructurale (en MET).
• Les éléments traversent la membrane par un système de solubilisation et de changement de conformation.
• Ils sont possibles au niveau de la membrane plasmique et des cytomembranes.
• Ils peuvent être classés selon deux critères : si ils consomment de l'énergie ou non, et si ils nécessitent la présence ou non de perméase.
• Les fonctions des transports perméatifs incluent l'approvisionnement des cellules en métabolites, l'élimination des déchets métaboliques, et le maintien des différences de concentrations ioniques entre deux compartiments.

Transports Cytotiques

• Ils permettent le transport des macromolécules et des particules de poids diverses.
• Ils impliquent obligatoirement une déformation membranaire visible en MET.
• Impliquent une phase vacuolaire ou/et vésiculaire.

Transport Passif sans Perméase (Diffusion Simple)

• La diffusion simple est la capacité d'une molécule à traverser une membrane par solubilisation.
• Elle a lieu dans le sens du gradient de concentration : du plus concentré vers le moins concentré.
• Le processus est régi par le caractère hydrophile/hydrophobe des molécules : la membrane étant hydrophobe, elle facilite le passage des molécules hydrophobes et contraint celui des molécules hydrophiles.
• La vitesse de diffusion est influencée par la taille et le caractère hydrophobe de la molécule.
• Plus une molécule est petite et hydrophobe, plus elle diffuse rapidement.
• La membrane interne mitochondriale est imperméable à toute molécule à l'exception du dioxygène et du dioxyde de carbone, qui sinon devront emprunter des transports actifs pour la traverser.
• La diffusion simple seule n'est pas suffisante pour assurer les besoins des cellules, notamment à cause d'une diffusion très lente des molécules hydrophiles et de l'absence de transport ionique.
• La bicouche lipidique artificielle est mise en valeur lors de l'étude de la perméabilité des membranes artificielles : n'étant constituées que de lipides, les molécules à leurs abords sont contraintes de traverser uniquement par diffusion simple.
• Avec le temps, la majorité des molécules vont pouvoir diffuser librement à travers la membrane.
• Les vitesses relatives de diffusion des petites molécules hydrophobes sont : CO2 > O2 > N2 > hormones stéroïdiennes.
• L'O2 et le CO2 sont des gaz diffusant très rapidement et leur vitesse de déplacement dépend uniquement de leur taille, de leur charge et de leurs liaisons.
• La cellule a développé une autre stratégie via des perméases pour le transport de gros volumes d'eau.
• La vitesse de diffusion des grosses molécules polaires non chargées est très faible.
• Les ions et molécules chargées ne diffusent pas quelle que soit leur taille.

Transport Passif avec Perméase

• Se déroule dans les deux sens, suivant le gradient de concentration de la molécule.
• Est rapide mais saturable, car il existe un nombre défini de perméases.
• Est spécifique à un seul type de molécule à la fois.
• Implique des protéines transmembranaires multipass.
• Il existe deux classes de perméase : les transporteurs passifs et les canaux protéiques.
• Les transporteurs passifs lient un soluté sur une face de la membrane, puis changent de conformation pour le faire passer de l'autre côté.
• Les canaux protéiques changent de conformation en générant un pore membranaire aqueux permettant le transfert des molécules.
• Les perméases présentent deux états de conformation alternant en fonction d'une signalisation.
• L'état A expose les sites de liaison d'un côté de la membrane, où la molécule se fixe par complémentarité stérique.
• L'état B expose les sites de liaison de l'autre côté, libérant les solutés fixés.
• Le transporteur uniportant un seul type de molécule spécifique, comme GLUT (Glucose Transporter) pour le glucose.

Canaux Protéiques : Pores Simples

• Ils sont volumineux et très peu sélectifs (la seule sélectivité est la taille).
• La plupart du temps, ils sont en conformation ouverte, laissant passer toutes sortes de molécules dont la masse n'excède pas 1000 Da.
• Ils peuvent passer en configuration fermée à l'occasion d'une signalisation.
• Les jonctions GAP sont des jonctions communicantes permettant de mettre en regard le cytoplasme de deux cellules avoisinantes.
• Elles forment un canal permettant la communication entre les cytoplasmes des cellules.
• Les jonctions GAP sont formées par la mise en commun de deux connexons, des complexes protéiques formés de six connexines, protéines transmembranaires.
• Les porines bactériennes et mitochondriales sont des protéines multipass à feuillets β, utiles à des fins de nutrition.

Canaux Protéiques : Canaux Ioniques

• Ils font l'objet d'une sélectivité ionique et sont soumis à saturation.
• Il existe une centaine de canaux décrits à ce jour, chacun portant le nom de l'ion qu'il transporte (canaux sodiques, potassiques, calciques, chlores, etc.).
• Leur activité est due à un changement de conformation provoqué par une signalisation, permettant de générer un pore aqueux par lequel passent les ions à transporter.
• Exception faite du canal potassique, ils ne sont pas ouverts en permanence.
• Il existe des canaux ioniques potentiels, dépendant de la différence de répartition des charges électriques entre les deux faces de la membrane.
• Fixation du ligand directement sur le canal permettant son ouverture.
• Un canal pour le transport du glucose.
• La force mécanique « tire » sur le canal permettant son ouverture.

Aquaporines

• Découvertes par Peter Agree, prix Nobel de Chimie en 2003, les aquaporines sont des tétramères responsables du passage de l'eau au sein de l'hématie.
• Elles forment des canaux particuliers spécifiques des molécules d'eau, présentant un espace généré très étroit.
• Elles ne permettent de prendre en charge qu'une seule molécule d'eau à la fois, car les autres types de molécules sont trop larges pour les emprunter.
• Elles ont généralement une conformation ouverte.
• Leur structure en forme de sablier présente une zone d'étranglement centrale.
• Elles happent une molécule d'eau au centre du pore grâce à la présence de deux asparagines émettant des liaisons hydrogènes pour les attirer et les faire traverser.
• L'expression membranaire des aquaporines est régulée par une hormone, la vasopressine (ADH), en augmentant leur nombre à la surface des cellules en cas de besoin important de transport d'eau.
• Chez l'homme, il existe une dizaine d'aquaporines différentes, dont 8 au sein du rein.

Transport Actif avec Perméase

• Il permet de transporter des molécules différentes à la fois, grâce à des transporteurs couplés, contre leur gradient de concentration.
• Il est transporté par des perméases spécifiques maintenant les différences de concentration ionique à l'encontre de leur gradient.
• Il comprend deux types de transporteurs : les pompes ATPasiques (transporteurs primaires) et les transporteurs couplés (transporteurs secondaires).
• La source d'énergie y est l'hydrolyse de l'ATP (pompes ATPasiques), et la présence d'une activité enzymatique ATPasique intrinsèque.
• Dans les transporteurs couplés, le transport passif dans le sens de son gradient d'une molécule donne l'énergie nécessaire au passage de l'autre molécule contre son gradient.
• Les transporteurs sont saturables car ils possèdent des sites de liaison qui, une fois saturés, permettent à la perméase de changer de conformation.

Transporteurs couplés

• Les pompes couplées possèdent deux sites de liaison différents : un pour la molécule qui fournit l'énergie (le plus souvent un ion), et un pour la molécule à transporter.
• Le transport de l'ion dans le sens de son gradient de concentration va générer de l'énergie permettant le déplacement de l'autre molécule, dans le sens inverse de son gradient.
• Il existe deux modalités de transport : symport (cotransport), où l'ion et la molécule se déplacent dans la même direction (perméase = protéine symporteur), et antiport, où l'ion et la molécule se déplacent dans une direction opposée (perméase = protéine antiporteur ou échangeur).
• Dans le symport glucose - Na+, le passage du Na+ dans le sens de son gradient de concentration fournit l'énergie permettant le passage du glucose contre son gradient.
• La perméase ne changera de conformation que lorsque tous ses sites de liaison, au glucose et au Na+, seront occupés et aucun transport ne sera possible si une des molécules est absente.

Pompes ATPasiques : Pompes Na+/K+ ATPase

• Le Na+ est plus concentré en extracellulaire et le K+ est plus concentré en intracellulaire.
• Maintenir cette polarité permet simultanément la sortie du sodium et l'entrée du potassium, en utilisant l'énergie fournie par l'hydrolyse de l'ATP, dans le sens inverse du gradient des molécules.
• Permet de contrebalancer la fuite de K+ et l'entrée massive de Na+.
• La pompe est activée par la fixation de 3 Na+ intracellulaires qui permet sa phosphorylation et un changement de conformation.
• Ce changement permet aux 3 Na+ de rejoindre l'espace extra-cellulaire et permet la fixation de 2 K+ extracellulaires à leur place.
• Enfin, la déphosphorylation de la pompe lui permet de revenir à son état initial en libérant les 2 K+ en intracellulaire.

Pompes ATPasiques : Pompes Calciques ou Pompes à Calcium

• La quantité de calcium au sein du cytoplasme est très finement régulée car il est à la fois indispensable à la contraction musculaire et toxique s'il est présent en trop grande quantité.
• Les organites de la cellule responsables des canaux calciques sont la membrane plasmique, RE, mitochondrie.
• Les canaux calciques permettent de transporter le calcium dans le sens de son gradient de concentration, les pompes calciques le font dans le sens inverse.
• Au niveau des pompes : elles possèdent uniquement 2 sites de fixation pour le calcium et ne fonctionnent que dans un seul sens.
• Le calcium n'est jamais libre dans le cytosol, mais se retrouve dans le stockage : le RE, la mitochondrie, systématiquement séquestré par une protéine navette cytosolique (la calmoduline.)
• La calmoduline permet de stocker et d'acheminer le calcium vers les complexes impliqués dans la signalisation, et peut le libérer rapidement en cas de nécessité.

Pompes Calciques : cellules musculaires striées

• Rôle important des pompes calciques dans celles-ci, notamment pour contrôler le fonctionement du sarcomère.
• Du Ca2+ au niveau du cytosol est d'abord transporté par les pompes calciques dans le réticulum sarcoplasmique (RS)
• Ce processus va être important car l'arrivée de Ca2+ via les canaux calciques voltage dépendant va ensuite permettre d'acheminer la Ca2+ dans les fibres musculaires et déclencher la contraction musculaire en facilitant la liaison de la troponine, et libérant les sites de liaison myosine/actine.
• Par la suite le Ca2+ doit être sequestré. L'application clinique en jeu ici est le dosage au niveau sanguin de la protéine troponine. Cela permet d'analyser le risque d'un infarctus du myocarde.

Pompes ATPasiques : Pompes à Protons

• Ces pompes fonctionnent avec l'hydrolyse de l'ATP.
• Leur fontionnement cyclique permet de pomper les protons du cytosol afin d'acidifier (diminuer le pH) des compartiments spécialisés dans la dégradation : endosomes (pH : 5 et 6,5) et lysosomes (pH : 4 et 5).
• Ce pH acide est indispensable pour le fonctionnement des hydrolases, enzymes permettant de dégrader des molécules complexes en éléments simples.

Exemple de L'entérocyte

• Lors de la digestion, le glucose fourni par l'alimentation est très concentré dans la lumière du tube digestif.
• Au pôle apical de l'entérocyte, un symport Na+/Glucose (actif) permet de faire entrer le glucose dans la cellule.
• Au pôle basal :une pompe Na+/K+ (actif) permet de faire sortir le sodium toxique pour la cellule et un uniport glucose (passif) permet d'acheminer le glucose vers les tissus.

Transports Cytotiques

• Les transports cytotiques sont réalisés par tous les types cellulaires, à l'exception des hématies, ou lors de la mitose.
• Ils impliquent deux mécanismes différents et compensatoires : l'endocytose et l'exocytose. L'endocytose est l'internalisation de solutés et de fluide extracellulaire par un mécanisme d'invagination de la membrane plasmique.
• L'exocytose est la libération de molécules produites par la cellule dans l'espace extracellulaire, par fusion d'une vésicule de transport avec la membrane plasmique ce qui permet également le renouvellement des membranes.
• L'endocytose et l'exocytose sont deux modes de transports antagonistes qui permettent de réaliser des échanges entre la cellule et le milieu extracellulaire tout en conservant une surface membranaire constante, assurant l'homéostasie cellulaire.

Différentes étapes de l'endocytose

• Nutriition/absorption des nutriments.
• Déplacement (mouvement amiboïde).
• Mainien de l'homéostasie cellulaire (récupération et élimination des déchets + equilibre au niveau des membranes).
• Consommation d'énergie, mobilisation du cytosquelette.
• Système endomembranaire : endosomes, golgi, lysosomes et réticulum qui vont générer un flux du au transport. Intracellulaires/Détournement/Endocytose.

Categories D'endocytoses :

• 2 types : Phagocytose (manger à l'échelle particulaire), pinocytose (boire = substances fluides ET PETITS solutes).

Phagocytose

• Permet l'intériorisation de particules de grande tailler supérieures à 250 nm.
• Phagocytose de bactéries «coques » (macro, reco, dig). Phagocytose d’une cellule sénescente (l’e a été degradé : il faut récupérer les molécules importantes).
• La cellule va aussi participer à l'élimination des corps étrangers, des dechets. Des polluan.

Phagocytose des Pathogènes Zipper

• Adhérence cellule / Bactéries = Liaison de récepteurs Fc de la cellule aux fragements Fc des anticorps.
• La bactérie (couv opsonines immunitaire). Digestion se fera : Hydrolyses : dégrader molécules simples.
• Dépassement lors de la digestion : 1-Détourner ces mécanismes pour échapper à l’action des cellules immunitaires
• 2 -Responsable de la listériose :mécanisme d’échappement grâce a toxique Bactérienne.
• Libération dans les cellules par phagocytes et déviencé

MicroPinocytoses

• Internalisation de fluides, de solutés (particules petite tailles <150nm).
• Endocytoses clattrine DEPENDANTE constituant essentiel = P.cytosoliques (triquetres-Assembler)
• Récepteurs Obligatoirement Transmembrane (liaisons charge).

Endocytoses Dépendante a la Clathrine ETAPES :

• Libérations cytosol lib. - Fusion du matériel (endosome et vésicule).
• Dynamique GTPasse au 2/3.
• Recrutement de la Rab

Modèle Du LDL Cholestérol

• Intériorisation /Cholestérol (Apopot B100 spec aux récepteurs a l a suface de la membrana plasmique + Adressage / endome).
• Cholestérol ne fonctionne pass, et est du a la formation de vésicules . -Phatologie (le récepteur LDL) et accumulation du cholestérol, dans les cellules ce qui n'est pas bon.

Exocytose

• A TRAVER : Transfer de Transferine de Cell à Cell, Transfer des anti corps.

Endycotses cavéole line dépendant

• Dans a le membrane cavémoles = radeaux (membrane rigides Cholé + des protéines ). En épine à cheveux.

Macrominocytoses :

• Très énergivore Internalisation : Flur exrra cellulaire + une 20 de virus en même temps.