FC9a 2023-2024 Transport PDF

Les transports Professeur : GUIGNANDON FC N°9a Date : 21/09/2023 En cas de questions sur ce cours, vous pouvez écrire à l’adresse suivante : [email protected] Les règles de courtoisies sont à respecter lors de l’envoi d’un mail. L’équipe des tuteurs se réserve le droit de répondre...

Les transports Professeur : GUIGNANDON FC N°9a Date : 21/09/2023 En cas de questions sur ce cours, vous pouvez écrire à l’adresse suivante : [email protected] Les règles de courtoisies sont à respecter lors de l’envoi d’un mail. L’équipe des tuteurs se réserve le droit de répondre ou non à un mail. En cas de questions récurrentes, les tuteurs pourront faire un point lors des colles hebdomadaires. SOMMAIRE I. GENERALITES ............................................................................................................................................................................. 1 II. LES TRANSPORTS ...................................................................................................................................................................... 3 1. TRANSPORT DE PETITES MOLECULES SANS MOUVEMENTS DE MEMBRANE ................................................................................................ 3 2. TRANSPORT PASSIF ..................................................................................................................................................................... 3 A. Diffusion simple................................................................................................................................................................ 3 B. Diffusion facilitée ............................................................................................................................................................. 6 3. TRANSPORT ACTIF.................................................................................................................................................................... 10 A. Transport Actif Primaire ................................................................................................................................................. 10 En cas de questions sur ce cours, vous pouvez écrire à l’adresse suivante : [email protected] Les règles de courtoisies sont à respecter lors de l’envoi d’un mail. L’équipe des tuteurs se réserve le droit de répondre ou non à un mail. En cas de questions récurrentes, les tuteurs pourront faire un point lors des colles hebdomadaires. I. Généralités TRANSPORTS • Plusieurs types de transport sont présents dans les cellules Généralités • Permis par différentes structures • Échanges de molécules Systèmes de transport Localisation dans la cellule • Présents au travers des membranes cellulaires et des différents organites • Majoritairement des protéines transmembranaires • Membrane plasmique • Noyau (cf. chapitre qui traite le transport nucléo-cytoplasmique vu plus tard) ROLE DES TRANSPORTS A TRAVERS LES MEMBRANES • 3 rôles principaux Généralités Approvisionnement en métabolites • Nécessité pour la survie de la cellule • Présents dans tous les organites, ainsi que dans les vésicules, lysosomes et endosomes • Permet les réactions métaboliques Élimination des déchets métaboliques Maintien de concentrations ioniques // • Le plus important • Chacun des compartiments cellulaires à des concentrations en ions spécifiques • Maintien des concentrations → permet l’homéostasie • Concerne toutes les cellules (point d’équilibre) Homéostasie • Équilibre ionique entre les compartiments, varie peu dans le temps • Nécessaire pour une bonne survie cellulaire • Concerne les cellules excitables • Cellule pas électriquement neutre : potentiel de repos électronégatif = -70mV Exemples Potentiel de repos (ddp) o Intérieur de la cellule : signes négatifs o Extérieur de la cellule : signes positifs • Équilibre entre le passage des différents ions • Dépolarisation de la membrane → contractions musculaires 1 Que les cellules soient excitables ou non, les systèmes de transports équilibrent les concentrations ioniques dans l’objectif de maintenir l’équilibre. DIFFERENCES SELON L’EXCITABILITE DES CELLULES • Neurones, fibre musculaire • Propagation des signaux électriques (influx nerveux) déclenchés par des systèmes de transports Cellules excitables • Propagation du potentiel d’action → contraction musculaire • Passage d’un état de repos (potentiel de repos) à une brutale variation d’état électrique (= potentiel d’action) • Conduction du signal : transmission de l’excitation (information électrique) • Cellules sécrétrices, cellules sanguines Cellules non excitables • Permettent la régulation des signaux (exemple avec la signalisation du Ca+) • Transmission d’un signal → information de sécrétion d’une certaine molécule VARIATION DE PH Le prof n’interroge pas sur ces valeurs, mais retenir que le K+ est le plus concentré à l’intérieur • Concentrations ioniques varient de chaque côté de la membrane Généralités • Échanges ioniques en permanence • Cellule fait tout pour garder le différentiel électrique • K+ majoritaire Concentration intracellulaire • Ca2+ (calcium) o Très faible dans le cytosol ; presque absent o Mais présent dans des réservoirs comme le REL ou les mitochondries • Milieu salé Concentration extracellulaire • Na+ Cl- : concentration plus élevée que dans les cellules • Très riche en Ca2+ 2 II. Les Transports CRITÈRES DE CLASSIFICATION Passif • Sans énergie Actif • Consomme de l’énergie 1. Transport de petites molécules sans mouvements de membrane BICOUCHE LIPIDIQUE • Beaucoup d’éléments Composition o Protéines o Glycoprotéines • Imperméable à la plupart des molécules hydrosolubles car membrane plasmique faite de lipides Perméabilité • Imperméable aux ions (chargés) qui ne passe pas spontanément • Pratiquement imperméable à l’eau (très peu d’eau passe donc peut être considérée comme imperméable) 2. Transport passif A. Diffusion simple DIFFUSION SIMPLE Principe • Moyen le plus simple de diffusion : passage à travers la membrane • Ne dépense pas d’énergie • Gaz Éléments qui peuvent passer à travers la membrane • Petites molécules • Azote • Petites molécules non chargées • Urée • Glycérol Éléments qui ne parviennent pas à passer • Eau libre passe très mal • Grosses molécules non chargées (glucose) : système de transport obligatoire • Ions (même s’ils sont petits, leur charge les empêche de traverser la membrane Diffusion simple = Diffusion selon le Gradient de Concentration → Diffusion des milieux les plus Riches en eau (dilué donc pauvre en soluté) vers les plus Pauvre en eau (concentré en soluté donc peu diluée) 3 GESTION DES DEPLACEMENTS DE L’EAU Plutôt par des aquaporines • H2O se comporte comme un solvant • Suit le gradient de concentration : du compartiment le (-) concentré vers le (+) concentré en solutés Fonctionnement • Osmose = diffusion passive de l’eau • Niveaux entre les 2 compartiments équilibrés par les mouvements d’eau (car différence de concentration) → création d’une pression osmotique Pression osmotique • Mouvements d’eau en permanence • Proportionnelle à la différence du nombre total de molécules de chaque côté de la membrane Osmose • Un des principes fondamentaux qui régule le contenu en eau des cellules et donc le volume des cellules • Très important de suivre les mouvements d’eau car le gonflement, le volume cellulaire et toute la mécanique des cellules en dépend CONSEQUENCES DES MOUVEMENTS D’EAU Selon sa concentration en eau et en solutés par rapport au milieu intracellulaire, la cellule se trouve dans une des situations suivantes • Passages de chaque côté en petite quantité • Autant qui rentre et qui sort = équilibre Isotonique • Même pression osmotique dans le milieu intracellulaire et le milieu extra • Même concentration d’eau de chaque côté de la membrane • Bilan NUL : il y autant de molécules qui rentrent et qui sortent • Il y a des mouvements d’eau mais pas de mouvements NET d’eau • Pression osmotique extra cellulaire < Pression intra cellulaire Hypotonique • Concentration en soluté plus faible en extracellulaire que dans le milieu intra • Mouvements d’eau • Pression osmotique extra-cellulaire > Pression intra-cellulaire Hypertonique • Concentration en soluté plus élevé en extra cellulaire • Nécessité d’une sortie d’eau pour diluer et atteindre l’équilibre 4 EXEMPLE DES GLOBULES ROUGES • Les globules rouges sont importants en médecine Importance • Tout ce que l’on injecte à un patient doit être Isotonique, sinon les mouvements d’eau peuvent créer des dommages • Premières cellules les plus sensibles aux mouvements d’eau • Rien ne se passe Isotonique • Volume de la cellule reste stable • Pas de flux net d’eau • Même pression osmotique de part et d’autre • Concentration en soluté plus grande en intracellulaire dans le globule rouge • Hémolyse = entrée d’eau dans la cellule o La cellule explose/éclate Hypotonique • Terme hémolyse uniquement pour GR (ce phénomène ne s’appelle pas hémolyse pour les autres cellules) • D’autres cellules sont mieux équipées pour lutter contre ce phénomène tel que les neurones ou les cellules fibroblastiques • Concentration en soluté supérieur en extracellulaire = concentration en solutés moins importante en intracellulaire Hypertonique • Sortie d’eau de la cellule vers le milieu extérieur pour le « diluer » o Plasmolyse = dessèchement de la cellule ISOTONIQUE : état fondamental pour tous les tissus, pour toutes les cellules 5 B. Diffusion facilitée Toujours de façon passive (sans énergie) et en suivant les gradients de concentration Transport facilité par une structure annexe (récepteur, canal, protéine porteuse) qui reconnait l’élément à transporter. PROTEINES PORTEUSES Description • Glycoprotéines transmembranaires • Protéine intrinsèque, avec ponts de connections entre l’intérieur et l’extérieur • Les protéines porteuses se lient avec les molécules qui les traverse, par reconnaissance, induisant un changement de conformation : base de la biologie cellulaire Fonctionnement • La protéine porteuse reconnait l’élément et le transporte • L’élément transporté ne sera jamais en contact avec la bicouche lipidique de la membrane Vitesse Saturable et spécifique • Diffusion simple < Protéine Porteuse < Canaux • Saturable : limite maximale où le système est efficace • Spécifique : sélectif, la molécule interagit avec un certain nombre de molécules qu’elle reconnait (mais pas exclusif) EXEMPLES DE PROTEINES PORTEUSES Exemple 1 : Transport du Glucose : Courbes • Mesure de la vitesse de pénétration du glucose dans la cellule • Diffusion simple, pas de système de transports : donc rien ne rentre ou presque → courbe bleue • Diffusion facilitée (sélectif et saturable), très efficace, se stabilise à la saturation, où on peut déduire un certain nombre de propriétés (par ex : l’affinité de la molécule pour le transporteur)→ courbe violette 6 • Vmax = vitesse maximale de transport Vmax • Se calcule • En fonction du nombre de transporteurs présents Km • Km = concentration extracellulaire de glucose qui correspond à ½ de Vmax • Plus le Km est faible (vers la gauche), plus le transporteur est efficace • Famille de protéines précises appelée spécifiques) GLUT (perméases • Il en existe une douzaine • Parfois certaines cellules en utilisent plusieurs Transporteurs du glucose • Tous un grand degré d’homologie : o Se ressemblent d’un point de vue tridimensionnel o Ont tous la capacité de faire rentrer du glucose o Mais pas exactement les mêmes caractéristiques (pas tous le même Km ou Vmax) • Présent à la surface de toutes les cellules et globules rouges • Spécifique du glucose : très sélectif (reconnait le glucose mais également d’autres oses qui lui ressemblent (mannose) et avec des vitesses différentes) mais Pas Exclusive ! GLUT-1 • Très grande affinité pour le D-Glucose o Sur le schéma : celle qui a la ½ Vmax la plus à gauche • Molécule proche du D-Glucose o D-Mannose ▪ Glut 1 peut le transporter mais la courbe est plus « plate » ▪ Transporteur a du mal à atteindre la Vmax, et à avoir une affinité similaire o D-Galactose ▪ Encore moins efficace que pour le D-Mannose, lui-même moins efficace que le D-Glucose GLUT-2 • Présents dans les cellules du foie et les cellules 𝛽 pancréas 7 Intérêts • Nécessité de connaitre les bases des caractéristiques des transporteurs et de la sélectivité des molécules pour essayer de fabriquer des médicaments • Les GLUTs ont une homologie de séquence mais ils n’ont pas les mêmes caractéristiques temps • 6 types Exemple 2 : Transport de l’Eau • Protéines porteuses spécifiques Aquaporines • Tapissent les membranes • Certaines présentes spécifiquement dans les cellules des tubules rénaux (système spécialisé dans la filtration) CANAUX PROTEIQUES • Jonctions communicantes : premiers éléments qui décrivent les canaux protéiques Principe • Assurent un transport ultra rapide de petites molécules ( ex :de signalisation, AMPc, Ca2+, eau, ions) permis par des canaux ioniques • Très performants pour l’équilibre des concentrations ioniques de part et d’autre de la membrane • Structures appartenant à la membrane plasmique Définition • Aussi présents sur la membrane du réticulum endoplasmique lisse (REL) et présents un peu de partout • Protéines transmembranaires, le plus souvent spécifiques d’un ion • Vitesse d’échange via ces canaux est 100 fois plus rapide qu’avec des protéines porteuses Canaux ioniques • Transport toujours selon le gradient, mais prise en compte d’autres données : o Vitesse du transporteur des éléments ioniques Transport o Gradient de concentration o Gradient électrique (différence de potentiel, voltage dans la cellule) ▪ Prises en compte de l’électronégativité : selon l’état de la cellule, gradient n’est pas toujours le même→ dépend de la charge de l’élément transporté 8 • Rapides et transitoires • Contrôlés par 3 mécanismes • Tension électrique de la membrane conditionne l’ouverture du canal o Ex : « fusible » Canaux potentiel dépendants Mécanisme d’ouverture / fermeture des canaux ioniques Canaux ligand dépendants • Liaison d’un ligand à un récepteur transmembranaire auquel le canal est lié, et qui contrôle l’ouverture (le ligand est différent de la molécule transportée • Le ligand s’attache à ce récepteur et permet de l’ouvrir pour laisser passer la molécule o Ex : une clé • Étirement de la membrane →ouverture du canal • Canaux sensibles à la stimulation mécanique • (Les plus intéressants en physio) Canaux étirement dépendants 9 3. Transport Actif Consommation d’énergie primaire ou secondaire. A. Transport Actif Primaire POMPES UTILISANT LE TRANSPORT ACTIF PRIMAIRE • Transport actif le plus simple Généralités • Consomme de l’énergie en utilisant l’hydrolyse de l’ATP • Contre ou indépendamment de leur gradient de concentration Localisation • Dans toutes les cellules • Échange de 3 Na+ contre 2 K+ • Migrent tous les 2 contre leur gradient • Changement de conformation du transporteur phosphorylation grâce à l’hydrolyse de l’ATP Na+, KATPASE Fonctionnement par • 3 Na+ expulsés grâce à la nouvelle conformation et interaction des 2 K+ avec la pompe • Déphosphorylation de la pompe → retour à la conformation initiale avec la bascule en simultanée des 2 K+ en intracellulaire • Retour à l’état initial de l’équilibre ionique • Déficit en K+ entretient l’électronégativité et donc le potentiel de repos de la membrane à une valeur de -70mV Localisation H+, K- ATPASE Pompe à proton • Cellules de l’estomac • Antiport o Expulsion d’un H+ à l’extérieur Fonctionnement o Entrée d’un K+ • Concentration des H+ participe à la capacité de digestion, via l’acidité créée Localisation • Dans toutes les cellules • Maintien de la concentration de calcium stable Ca2+ -ATPASE Rôle • Contrôle l’entrée du Ca2+ dans les citernes sur les membranes du REL pour participer ultérieurement au signal calcium • Transport par uniport Localisation H+-ATPASE Fonctionnement • Sur les lysosomes, endosomes et ostéoclastes • Concentration des H+ o Acidification de leurs contenus 10