Membrane Plasmique (fr) PDF

La membrane plasmique qui enveloppe chaque cellule eucaryote est constituée de **phospholipides**, de cholestérol et de **protéines**, avec des chaînes d**\'oligosaccharides** liées de manière covalente à de nombreuses molécules de phospholipides et de protéines. Cette membrane fonctionne comme une...

La membrane plasmique qui enveloppe chaque cellule eucaryote est constituée de **phospholipides**, de cholestérol et de **protéines**, avec des chaînes d**\'oligosaccharides** liées de manière covalente à de nombreuses molécules de phospholipides et de protéines. Cette membrane fonctionne comme une **barrière sélective** qui régule le passage des matériaux dans et hors de la cellule et facilite le **transport** de molécules spécifiques. Un rôle important de la membrane cellulaire est de maintenir constante la teneur en ions du cytoplasme, qui diffère de celle du liquide extracellulaire. Les membranes remplissent également un certain nombre de fonctions de **reconnaissance** et de **signalisation** spécifiques, jouant un rôle clé dans les interactions de la cellule avec son environnement. Bien que la membrane plasmique définisse la limite extérieure de la cellule, une continuité existe entre l\'intérieur de la cellule et les macromolécules extracellulaires. Certaines protéines de la membrane plasmique, les **intégrines**, sont liées aux éléments du cytosquelette et de l\'ECM (matrice extra cellulaire) permettant un échange continu entre le cytoplasme et le matériel de l\'ECM. **I- Composition biochimique de la membrane plasmique** **A- Lipides membranaires** Environ la moitié de la masse est constituée de **phospholipides**, qui s\'organisent spontanément pour former une bicouche lipidique. Les phospholipides membranaires sont **amphipathiques** (ou amphiphile), formés de deux acides gras non polaires (**hydrophobes**) à longue chaîne liés à une tête polaire chargée (**hydrophile**) qui porte un groupe phosphate. Les phospholipides sont plus stables lorsqu\'ils sont organisés en une double couche (bicouche) avec les chaînes d\'acides gras hydrophobes situées dans une région médiane loin de l\'eau et les groupes de têtes polaires hydrophiles en contact avec l\'eau. De part cette particularité, les phospholipides procurent à la membrane une certaine **stabilité mécanique**. Les phospholipides dans chaque moitié de la bicouche sont différents. Par exemple, dans les membranes bien étudiées des globules rouges, la phosphatidylcholine et la sphingomyéline sont plus abondantes dans la moitié externe, tandis que la phosphatidylsérine et la phosphatidyléthanolamine sont plus concentrées dans la couche interne. La membrane plasmique est largement **asymétrique** dans ses 2 couches. **La plupart des lipides (et certaines protéines) sont mobiles latéralement dans les biomembranes**: dans le plan bidimensionnel d\'une bicouche, le mouvement thermique permet aux molécules lipidiques de tourner librement autour de leurs longs axes et de diffuser latéralement dans chaque feuillet. Du fait que de tels mouvements sont latéraux ou rotationnels, les chaînes d\'acides gras restent à l\'intérieur hydrophobe de la bicouche. Les longues chaînes d\'acides gras saturées ont la plus grande tendance à s\'agréger, se tassant étroitement ensemble dans un état semblable à un gel. Les phospholipides à courtes chaînes d\'acides gras, qui ont moins de surface de contact, forment des bicouches plus fluides. De même, les coudes dans les chaînes d\'acides gras insaturés entraînent la formation d\'interactions de van der Waals moins stables avec d\'autres lipides que les chaînes saturées et donc plus de bicouches fluides. Des molécules de **cholestérol** s\'insèrent à des densités variables parmi les acides gras phospholipides étroitement emballés, limitant leurs mouvements et modulant la fluidité de tous les composants de la membrane. Les molécules de cholestérol ont tendance à remplir l\'espace entre les acides gras dans la couche hydrophobe de la membrane, réduisant la mobilité latérale des composants phospholipidiques et protéiques. Le cholestérol rend les membranes **moins fluides**. Aux concentrations habituelles de cholestérol, l\'interaction de l\'anneau stéroïde avec les longues queues hydrophobes des phospholipides tend à immobiliser ces lipides et donc à **diminuer la fluidité de la biomembrane**. En revanche, à des concentrations de cholestérol plus faibles, l\'anneau stéroïdien sépare et disperse les queues des phospholipides, ce qui rend les régions internes de la membrane **plus fluides**. À température élevée, le cholestérol inhibe le mouvement des chaînes d\'acide gras phospholipidiques, entraînant une réduction de la fluidité de la membrane. Le cholestérol a l\'effet inverse à température plus basse. La production de cholestérol, et donc sa concentration, augmente en réponse au froid. À basses températures, le cholestérol interfère entre les chaînes d\'acides gras. Il agit comme un **antigel** qui maintient la fluidité de la membrane. Il est plus abondant chez les animaux adaptés aux climats froids  **B- Protéines des membranes** Les protéines sont les principaux constituants des membranes (\~ 50% en poids dans la membrane plasmique). Les protéines peuvent être ancrées aux membranes de plusieurs manières. -Les **protéines intrinsèques** sont incorporées directement dans la bicouche lipidique. Ils ont des domaines hydrophobes qui interagissent fortement avec l\'intérieur des acides gras des membranes. Les protéines intrinsèques ne peuvent être extraites que difficilement (en utilisant des détergents). Les chaînes polypeptidiques de nombreuses protéines intrinsèques traversent la membrane, d\'un côté à l\'autre. Elles sont dites **transmembranaires**. Elles peuvent traverser la membrane plusieurs fois, ce sont les protéines transmembranaires à **traversées multiples.** D\'autres protéines ne traversent la membrane qu\'une seule fois. Ce sont des protéines à **traversée unique**. Certaines protéines membranaires intrinsèques sont **périphériques**. Elles exposent leur domaine hydrophile sur la face cytosolique ou à l\'extérieur des cellules. -Les **protéines extrinsèques** sont maintenues à la surface des membranes par des interactions non covalentes (liaison faible), elles peuvent être extraites des membranes plus facilement (par des solutions salines). Elles sont donc forcément **périphériques** et sont liées à l\'une des deux surfaces membranaires, en particulier du côté cytoplasmique. Certaines protéines sont liées aux acides gras membranaires constituants des lipoprotéines. **C- Les glucides membranaires** Certains lipides de la couche externe, connus sous le nom de **glycolipides**, comprennent des chaînes d'oligosaccharides qui s'étendent vers l'extérieur de la surface cellulaire et contribuent à un revêtement délicat de la surface cellulaire appelé **glycocalyx**. Les chaînes d\'oligosaccharides peuvent également se fixer aux protéines membranaires formant des **glycoprotéines** impliquées dans la formation du glycocalyx. Les glycoprotéines et glycolipides membranaires permettent la **reconnaissance cellulaire**. Les groupes sanguins A, B, O chez l\'homme sont un exemple dans lequel les globules rouges sont caractérisés par différents **antigènes de surface** cellulaire. Les personnes dont le sang est de **type A** ont une glycosyltransférase qui ajoute un oligosaccharide, le **N-acétylgalactosamine** à l\'antigène O pour former un antigène A. Ceux avec du sang de **type B** ont une transférase différente qui ajoute un **galactose** supplémentaire à l\'antigène O pour former l\'antigène B. Les personnes possédant les **deux transférases** produisent à la fois l\'antigène A et B (**groupe sanguin AB**); ceux qui n\'ont **pas ces transférases** produisent uniquement l\'antigène O (**groupe sanguin O**). **D- Ultrastructure de la membrane** En microscopie électronique (TEM) la membrane plasmique est trilamellaire: 2 bandes sombres séparées par une bande claire. Les têtes polaires des phospholipides et les chaînes d\'oligosaccharides, produisent les deux bandes sombres qui entourent la bande claire d\'acides gras. **II- Systèmes de jonctions** L\'assemblage de tissus différents et leur organisation en organes sont déterminés par des interactions moléculaires au niveau cellulaire et ne seraient pas possibles sans la présence d\'un large éventail de molécules adhésives. Les cellules des tissus peuvent adhérer directement les unes aux autres (**adhésion cellule-cellule**) grâce à des protéines membranaires intégrales spécialisées appelées molécules d\'adhésion cellulaire (CAM) qui se regroupent souvent en jonctions cellulaires spécialisées. Les cellules des tissus animaux adhèrent également indirectement (**adhésion cellule -- matrice**) par la liaison des récepteurs d\'adhésion de la membrane plasmique aux composants de la matrice extracellulaire (ECM) environnante, un complexe de protéines et de polysaccharides sécrétés par les cellules dans les espaces entre eux. Ces deux types d\'interactions de base permettent non seulement aux cellules de s\'agréger dans des tissus distincts, mais fournissent également un moyen pour le transfert bidirectionnel d\'informations entre l\'extérieur et l\'intérieur des cellules. Les fibres de collagène sont un composant majeur de la matrice extracellulaire. **A- Adhésion cellule--matrice**: Le collagène joue un rôle clé dans le maintien de l\'intégrité structurelle des tissus. Dans la matrice extracellulaire, les fibres de collagène sont entrelacées avec une classe de protéoglycanes contenant des glucides, qui peuvent être attachés à un long squelette polysaccharidique. La matrice extracellulaire contient également de nombreux autres types de protéines et de glucides. La matrice extracellulaire est directement connectée aux cellules qu\'elle entoure. Certains des connecteurs clés sont des protéines appelées **intégrines**, qui sont intégrées dans la membrane plasmique. Les protéines de la matrice extracellulaire, comme la **fibronectine**, peuvent agir comme des ponts entre les intégrines et d\'autres protéines de la matrice extracellulaire telles que le collagène. Sur la face interne de la membrane, les intégrines sont liées au cytosquelette. En plus de l\'intégrine, d\'autres protéines membranaires, telles que les **cadhérines**, la **sélectine** et la **superfamille des Ig**, peuvent lier les cellules à la matrice extracellulaire. **B- Adhésion cellule-cellule** : la membrane plasmique peut présenter certaines caractéristiques à certains endroits qui permettent des connexions entre cellules. Ce sont les systèmes de jonctions. Ces jonctions sont présentes entre tous les types de cellules, mais sont particulièrement abondantes dans les épithéliums. Les cellules épithéliales sont **polarisées** parce que leurs membranes plasmiques sont différentes selon leur emplacement. La surface membranaire supérieure est dite **membrane apicale, latérale ou basale** (inférieure). On distingue trois grandes classes de jonctions: **les jonctions serrées, les jonctions d\'ancrage et les jonctions communicantes**. Les jonctions d\'ancrage et les jonctions serrées assurent un rôle mécanique contribuant ainsi au maintien de l'intégrité du tissu. Comme nous le verrons (dans le transport membranaire), les jonctions serrées contrôlent également l\'écoulement des solutés à travers les espaces extracellulaires. **C- Les jonctions serrées** apparaissent comme des points de contact cellulaire où les feuillets membranaires extérieurs des cellules voisines semblaient fusionner, fermant ainsi l'espace inter cellulaire. Ils sont également appelés **zonula occludens** et sont typiques des épithéliales qui tapissent les lumières des organes (par exemple, les intestins, les poumons, etc.). **Zonula** se réfère au fait que ces structures forment une bande encerclant (comme une **ceinture**) une cellule entière et la fixant à toutes les cellules environnantes. **Occludens** fait référence à la fonction d\'une jonction serrée, qui est de former un joint «étanche» ou une barrière **imperméable** qui empêche les fluides extracellulaires de traverser l'épithélium en se faufilant entre les cellules. Au niveau d\'une jonction serrée, les cellules sont fermement maintenues les unes aux les autres par de nombreuse protéines appelées **claudines**, qui interagissent avec un groupe partenaire sur la membrane cellulaire opposée créant un scellage parfait. Le but des jonctions serrées (étanches ou imperméables) est d\'empêcher le liquide de s\'échapper entre les cellules, permettant à l'épithélium d\'agir comme une barrière imperméable. Par exemple, dans la vessie, l'épithélium grâce à ces jonctions serrées d'empêcher l\'urine de s\'échapper dans l\'espace extracellulaire. **D- Jonction d\'ancrage**: Ce type de jonction est très répandu dans les tissus qui sont soumis à des fortes tensions mécaniques, tel que le muscle cardiaque et l'épiderme. Il existe trois types de jonctions d\'ancrage. Ce sont des **jonctions adhérentes**, les **desmosomes** et les **hémidesmosomes**. **Jonction adhérentes (adherens)**: l\'espace intercellulaire est dilaté et contient un premier type de protéine. Les **protéines d\'adhésion transmembranaire (cadhérine**) ont une queue cytoplasmique qui se lie à une ou plusieurs protéines d\'ancrage intracellulaires et un domaine extracellulaire qui interagit avec les domaines extracellulaires de protéines d\'adhésion transmembranaires spécifiques sur la cellule voisine. Le deuxième type est les **protéines d\'ancrage intracellulaires** (y compris les caténines, la vinculine et l\'α-actinine) qui forment une plaque distincte sur la face cytoplasmique de la membrane plasmique et connectent le complexe jonctionnel aux filaments d\'actine ou aux filaments intermédiaires. On retrouve ce type de jonction dans de nombreux tissus non épithéliaux, mais les prototypes se produisent dans les épithéliums, où ils forment souvent une ceinture d\'adhérence continue (ou zonula adherens) juste en dessous des jonctions serrées ; Les cellules animales peuvent également contenir des jonctions appelées **desmosomes**, qui agissent comme des soudures par points entre les cellules épithéliales adjacentes. Un desmosome est formé d'une série de protéines d'adhésion spécialisées, les cadhérines qui se trouvent sur les membranes des deux cellules et interagissent dans l\'espace entre elles, maintenant les membranes ensemble. À l\'intérieur de la cellule, les cadhérines se fixent à une structure appelée plaque cytoplasmique (rouge sur l\'image de droite), qui se connecte aux filaments intermédiaires et aide à ancrer la jonction. Les **hémidesmosomes** ou demi-desmosomes ressemblent morphologiquement aux desmosomes et en se connectant à des filaments intermédiaires et, **comme les desmosomes**, ils agissent comme des rivets pour répartir les forces de traction ou de cisaillement à travers un épithélium. Au lieu de rejoindre les cellules épithéliales adjacentes, les hémidesmosomes **relient la surface basale** d\'une cellule épithéliale à **la lame basale** sous-jacente. Les protéines d\'adhésion transmembranaire sont des intégrines. Les domaines extracellulaires des intégrines qui assurent l\'adhésion, se lient à la protéine d\'alaminine dans la lame basale, tandis qu\'un domaine intracellulaire se lie via une protéine d\'ancrage (plectine) aux filaments intermédiaires de kératine. **E- Les jonctions communicantes** sont le troisième type de «jonction» cellulaire. Elles sont plutôt spécialisées dans la communication chimique entre les cellules qu'à une liaison physique. Chaque jonction communicante (jonction ouvertes ou gap jonction) apparaît en microscopie électronique sous la forme d'une zone d'intime contact entre les membranes de deux cellules adjacentes qui ne sont plus séparées que par un espace de 2 à 4nm, alors que normalement il est de l'ordre de 5 nm. Des structures appelées **connexon,** constituées de protéines de connexine servent de pores qui s\'ouvrent pour permettre le mouvement direct des ions et de certaines petites molécules entre les cellules voisines. Cette communication par mouvement ionique ou moléculaire est assez rapide et garantit que toutes les cellules d\'un tissu peuvent répondre, simultanément à une excitation. Les jonctions communicantes sont particulièrement importantes dans le muscle cardiaque: le signal électrique de contraction se propage rapidement entre les cellules du muscle cardiaque lorsque les ions traversent les connexons, permettant aux cellules de se contracter en tandem **F- Cancer et jonctions cellulaires** Au cours de l\'embryogenèse, les cellules migrent de leur (s) point (s) d\'origine en se fixant et en se déplaçant le long des surfaces extracellulaires qui servent de chemins vers leur destination finale. Les intégrines dans les membranes cellulaires se lient aux fibronectines dans l\'ECM. Ce lien doit être temporaire pour permettre les mouvements cellulaires et la reconnaissance entre cellules homologues. L\'orchestration de ces événements nécessite une séquence ordonnée d\'expression génique et de synthèses de protéines membranaires qui permettent aux cellules en développement de se reconnaître comme différentes ou identiques. Une première différence entre les cellules normales et cancéreuses eucaryotes est la façon dont elles se développent en culture. Lorsque quelques cellules normales sont placées dans un milieu de croissance dans une boîte de culture, elles se déposent au fond de la boîte, se développent et se divisent, augmentant en nombre jusqu\'à ce qu\'elles atteignent la confluence, formant ainsi une couche. Les cellules de cette monocouche semblent «savoir» arrêter de se diviser, comme si elles avaient achevé la formation d'un tissu, par exemple une couche cellulaire de cellules épithéliales. Ce phénomène s\'appelait à l\'origine **l\'inhibition de contact**, ce qui implique que les cellules se font savoir qu\'elles ont fini de former un tissu et qu\'elles peuvent arrêter le cycle et la division. En revanche, les cellules cancéreuses n\'arrêtent pas de se diviser à la confluence, mais continuent de croître et de se diviser, s\'entassant en plusieurs couches. **III- Spécialisations apicales de la membrane plasmique** Certaines cellules épithéliales présentent une **différenciation structurale** au niveau de la **surface apicale**, conférant à la cellule une **fonction particulière**. Ces transformations apicales sont au nombre de 3. **A- Les microvillosités** Ce sont des prolongements en **forme de doigts** de gant présents à la surface de nombreuses cellules animales, en particulier au niveau apical des cellules épithéliales. Elles augmentent la surface des cellules de 20 fois et interviennent surtout dans les **phénomènes d'absorption**. Elles sont soit groupées en plateau strié ou isolées en bordure en brosse. **Le plateau strié** : très abondant au pôle apical des **entérocytes** où il apparaît sous la forme de striations perpendiculaires à la surface traduisant la présence de très **nombreuses** microvillosités. Elles font 1µm de longueur. La partie centrale de chaque microvillosité contient un faisceau rigide composé de 20 à 30 **filaments d'actine** parallèles qui s'étendent d'une extrémité à l'autre. Les filaments sont maintenus ensemble à intervalles réguliers «par plusieurs protéines d'association. Les filaments les plus périphériques sont attachés à la membrane plasmique par des protéines de liaison latérales. La partie inférieure du faisceau de filament d'actine est ancrée dans une zone spécialisée, située au sommet de la cellule épithéliale. Cette zone, connue sous le nom de réseau terminal (terminal web), contient un réseau dense de molécule de spectrine qui recouvre une couche de filaments intermédiaires de cytokératine. **La bordure en brosse** : Elle se rencontre au niveau du pôle apical des cellules des tubes proximaux du **rein**. Dans ce cas les microvillosités sont d'une plus grande longueur, **irrégulière et épaisse**. **B- Les cils** : Ce sont de longs petits appendices (10 µm), ressemblant à des **poils**, faisant saillie à la surface de nombreuses cellules. Leur fonction première consiste à **faire circuler**, grâce à leur **mobilité**, un **fluide** à la surface d'une cellule et à **propulser des cellules isolées** à travers un liquide. Chez l'homme, un nombre considérable de cils situés sur les cellules épithéliales tapissant le tractus respiratoire, font **remonter des couches de mucus**, en même temps que des particules de poussière piégées et des cellules mortes jusqu'à la bouche où elles sont avalées et éliminées. Les cils peuvent aussi servir à **entraîner les ovules** le long de la trompe de Fallope. La partie centrale (ou axonème) contient 9 doublets de microtubules disposés en anneau autour d'une paire de microtubule centrale et séparée. La structure des filaments d'actine et des microtubules sera étudiée avec le chapitre dédié au cytosquelette Des **anomalies** des gènes codant pour certaines protéines dans les épithéliums ciliés se traduisent sur le plan clinique par le syndrome des cils immobiles (**dyskinésie ciliaire**). De telles anomalies ont plusieurs conséquences: - La **stagnation du mucus** bronchique provoque de sévères infections à répétition. La pérennisation de cet état peut aboutir à une dilatation des bronches et à des abcès parfois mortels. - La **stérilité** est habituelle car la fonction ciliaire est indispensable pour la migration tubaire de l\'œuf fécondé chez la **femme**. Chez l**\'homme**, les protéines ciliaires constituent le flagelle du spermatozoïde. - Le syndrome de Kartagener : Dans 50% des cas de dyskinésie ciliaire primitive, les patients souffrent d'une sinusite chronique, d'une dilatation des bronches et d'un **situs inversus** (inversion des organes abdominaux, le cœur se trouve à droite et le foie à gauche). **C- Les stéréocils** : Ce sont de longues expansions cytoplasmiques immobiles, dont la forme et la structure ressemblent à de longues **microvillosités agglutinées**. Ils favorisent **l'évacuation d'un produit de sécrétion** qui va migrer le long des stéréocils à la façon d'un liquide dans une mèche. Ils se rencontrent au niveau du **canal déférent** au niveau des testicules. **IV- Fonctions de la membrane plasmique** La membrane plasmique est une barrière sélectivement perméable entre la cellule et l\'environnement extracellulaire. Ses propriétés de perméabilité garantissent que les molécules essentielles telles que les ions, le glucose, les acides aminés et les lipides pénètrent facilement dans la cellule, les métabolites intermédiaires restent dans la cellule et les déchets quittent la cellule. En bref, la perméabilité sélective de la membrane plasmique permet à la cellule de maintenir un environnement interne constant. Une bicouche phospholipidique pure est **perméable aux petites molécules** **hydrophobes** et aux petites **molécules polaires non chargées**, **légèrement perméable à l\'eau et à l\'urée**, et essentiellement **imperméable aux ions** et aux grandes molécules polaires. **A- Transport de petites molécules** **1- Diffusion passive:** La membrane est perméable à de nombreuses molécules grâce à plusieurs processus; Les gaz, tels que **l\'O2** et le **CO2,** et les petites molécules polaires non chargées, telles que **l\'urée et l\'éthanol**, peuvent facilement se déplacer par **diffusion passive (simple)** à travers les membranes cellulaires sans l\'aide de protéines de transport. **Aucune énergie** métabolique n\'est dépensée car le mouvement des molécules (ou solutés) se fait de la concentration la plus élevée vers la concentration la plus faible. Plus le gradient de concentration (c'est la différence de concentration entre les 2 milieux) de la substance est grand, plus sa vitesse de diffusion à travers la bicouche est rapide. De tels **transports sont spontanés**. La vitesse de diffusion relative de toute substance à travers une bicouche est proportionnelle à son gradient de concentration à son hydrophobicité et sa taille. Les molécules chargées sont également affectées par tout potentiel électrique à travers la membrane. Donc, très peu de molécules et aucun ion ne peut traverser une bicouche par diffusion passive. Ainsi le transport de la plupart molécules dans et hors des cellules nécessite un autre type de diffusion. **2- Diffusion facilitée** Des protéines membranaires, appelées aussi transporteurs ou perméases permettent le transport de **l\'eau**, certains **ions spécifiques** et de **petites molécules hydrophiles** vers le milieu le **moins concentré** ou de leurs gradients de potentiel électrique. C'est un transport assisté par des protéines. Les protéines forment un canal de **passage hydrophile** à travers la membrane par lequel plusieurs molécules d\'eau ou d'ions se déplacent simultanément à une vitesse très rapide Certains **canaux ioniques** sont ouverts la plupart du temps (canaux non verrouillés). La plupart des canaux ioniques, cependant, ne s\'ouvrent qu\'en réponse à des signaux chimiques ou électriques spécifiques (canaux fermés). Les molécules d\'eau traversent généralement la membrane plasmique à travers des protéines appelées **aquaporines** qui forment un canal hydrophile. Les aquaporines augmentent spécifiquement la perméabilité des biomembranes à l\'eau. L\'eau se déplace par **osmose** à travers les membranes d\'une solution de concentration faible à une solution de concentration plus élevée. L\'aquaporine se trouve dans les cellules épithéliales rénales qui réabsorbent l\'eau de l\'urine. Son inactivation (mutations) provoque le diabète insipide, une maladie caractérisée par l\'excrétion de grands volumes d\'urine diluée. La diffusion facilitée est le passage d\'une grande variété d\'ions et de molécules à travers une membrane biologique passant à travers des protéines transmembranaires spécifiques (également appelées perméases). Ces molécules sont transportées dans le sens du gradient (du plus concentré au moins concentré). Lorsque la concentration du substrat est augmentée, la vitesse de transport s\'approche d\'un maximum (Vmax), lorsque toutes les protéines transmembranaires sont liées à des molécules de substrat. Ce transport est dit **saturable**. La différence entre la diffusion passive et facilitée se voit dans la cinétique de chacun. La cinétique de diffusion passive et facilitée peut être mesurée dans ce graphe. Trois types de transporteurs ont été identifiés. Les uniporteurs transportent un seul type de molécule vers le sens du gradient de concentration via une diffusion facilitée. Ce transport est dit un **uniport.** Le glucose et les acides aminés traversent la membrane plasmique dans la plupart des cellules de mammifères selon un uniport. D'autres protéines fonctionnent comme des systèmes de **co-transport**, dans lesquels le transfert d'un soluté dépend du transfert simultané ou consécutif d'un second soluté, que ce soit dans la même direction (**symport**) ou dans la direction opposée (**antipor**t). **3- Diffusion active** Toutes les protéines de transport sont des **protéines transmembranaires**. En formant une voie bordée de protéines à travers la membrane, on pense que les protéines de transport permettent le mouvement des substances hydrophiles sans qu\'elles entrent en contact avec l\'intérieur hydrophobe de la membrane. Les pompes alimentées par l\'ATP sont des **ATPases** qui utilisent l\'énergie de **l\'hydrolyse de l\'ATP** pour déplacer des ions ou de petites molécules à travers une membrane **contre un gradient de concentration** chimique ou un potentiel électrique ou les deux. Ce processus est appelé **transport actif**. Dans ce cas, le transport d\'ions ou de petites molécules contre un gradient électrochimique, qui nécessite de l\'énergie, est couplé à l\'hydrolyse de l\'ATP, qui **libère de l\'énergie**. Les changements de conformation de ces perméses sont essentiels au fonctionnement des pompes alimentées par l\'ATP. Les transporteurs subissent un cycle de changement exposant tantôt un site de liaison (ou des sites) d'un côté de la membrane tantôt de l\'autre côté de la membrane. De nombreux ions peuvent passer à travers le canal ionique sans autre changement de conformation. **B- Exemples de transport membranaire** \* La plupart des cellules de mammifères utilisent le **glucose** sanguin comme principale source d\'énergie cellulaire et expriment GLUT1 (transporteur). Puisque la concentration de glucose est généralement plus élevée dans le milieu extracellulaire qu'à l'intérieur de la cellule, GLUT1 catalyse généralement l\'importation nette de glucose du milieu extracellulaire vers la cellule. C\'est une **diffusion facilitée** par **unipor**t. **1- Transport transcellulaire** Ce type de transport intéresse le transport de plusieurs types de molécules et d\'ions à travers des cellules polarisées, qui ont des membranes plasmiques biochimiquement différentes selon les régions considérées. Ces cellules appartiennent aux épithéliums qui couvrent la plupart des surfaces externes et des cavités creuses internes de l'organisme. Par exemple, la cellule **épithéliale intestinale** impliquée dans l\'absorption des nutriments du tractus gastro-intestinal a une membrane plasmique organisée en **deux régions** : la surface qui fait face à l\'extérieur de l\'organisme, appelée la surface **apicale**, et la surface qui fait face à l\'intérieur de l\'organisme (ou le côté faisant face à la circulation sanguine), appelée surface **basolatérale**, qui est composée des surfaces basale et latérale de la cellule. Ces deux domaines de la membrane plasmique (apicale et basale) sont liés par les jonctions serrées. La partie apicale de la membrane plasmique, qui fait face à la lumière intestinale, est spécialisée dans l\'absorption des sucres, des acides aminés et d\'autres molécules produites à partir des aliments par diverses enzymes digestives. Les **microvillosités** (projections en forme de doigt) augmentent considérablement la surface de la surface apicale et donc le nombre de protéines de transport qu\'elles peuvent contenir, améliorant ainsi la capacité d\'absorption des cellules. Dans la première étape de ce processus, une perméase située dans la membrane apicale, riche en microvillosités, agit par **sympor**t en transportant, en même temps, **deux-Na+ / un-glucose**. Le glucose (ou d'autres acides aminés) est ainsi transporté (importé) **contre son gradient de concentration**, de la lumière intestinale à travers la surface apicale des cellules épithéliales. Les ions Na+ transportés de la lumière intestinale dans la cellule pendant le symport Na+/glucose sont pompés à travers la membrane basale. Ainsi, la faible concentration intracellulaire de Na+ est maintenue par le la **pompe Na+/K+.** Le fonctionnement coordonné de ces deux protéines de transport permet un mouvement net du glucose et des acides aminés de l\'intestin vers la cellule. Cette première étape du transport transcellulaire est finalement alimentée par l\'hydrolyse de l\'ATP par la Na+/K+ ATPase. L'origine de l'énergie nécessaire à ces 2 types de protéines est différente. Les pompes ATP **utilisent** l\'énergie de l\'hydrolyse de l\'**ATP**, tandis que les co-transporteurs utilisent l\'énergie stockée dans un **gradient électrochimique**. Ce dernier processus est parfois appelé **transport actif secondaire**. Le transport de Na+ et K+ (ATPases) par la face basale des épithéliums, contre leur gradient de concentration, consomme de l\'énergie, il s\'agit donc d\'un **transport actif par antiport**. Dans la deuxième étape, le **glucose et les acides aminés** concentrés à l\'intérieur des cellules intestinales par les symporteurs sont exportés vers le sang dans les **sens du gradient de concentration** (du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré) via un **transport facilité** par des protéines **uniport** située dans la membrane basale. Une compréhension de l\'osmose et de **l\'absorption intestinale du sel et du glucose** constitue la base d\'une **thérapie** simple qui a sauvé des millions de vies chaque année, en particulier dans les pays moins développés. Dans ces pays, le **choléra** et d\'autres agents pathogènes intestinaux sont les principales causes de décès des jeunes enfants. Une toxine libérée par les bactéries provoque de nombreux changements dans l\'entérocyte qui conduisent à une **modification de l\'activité des canaux ioniques** et à la sécrétion de **chlorure de sodium** par les cellules épithéliales intestinales dans la lumière; **l\'eau suit osmotiquement**, et la perte massive d\'eau qui en résulte entraîne une diarrhée, **déshydratation** et finalement la mort. La thérapie exige non seulement l'élimination des bactéries avec des antibiotiques, mais aussi de réhydrater pour remplacer l\'eau perdue du sang et des autres tissus. Le simple fait de **boire de l\'eau n\'aide pas**, car elle est excrétée du tractus gastro-intestinal presque dès son entrée. Cependant, comme nous venons de le voir, le transport coordonné du glucose et du Na+ à travers l\'épithélium intestinal crée un gradient osmotique transépithélial, forçant le mouvement de l\'eau de la lumière intestinale à travers la couche épithéliale. Ainsi, donner aux enfants affectés une solution de **sucre et de sel à boire** (mais pas de sucre ou de sel seuls) provoque le flux osmotique d\'eau dans le sang à partir de la lumière intestinale et conduit à une réhydratation. Des solutions similaires de sucre / sel sont à la base des boissons populaires utilisées par les athlètes pour faire entrer le sucre et l\'eau dans le corps rapidement et efficacement. **L\'estomac** contient une solution d\'acide chlorhydrique (HCl). Ce milieu fortement acide tue de nombreux agents pathogènes ingérés et dénature de nombreuses protéines ingérées avant qu\'elles ne soient dégradées par des enzymes protéolytiques (pepsine) qui fonctionnent à pH acide. L\'acide chlorhydrique est sécrété dans l\'estomac par des cellules épithéliales spécialisées appelées cellules pariétales (également appelées cellules bordantes) dans la muqueuse gastrique. Ces cellules contiennent une **pompe H+/K+ ATPase** dans leur membrane apicale, qui fait face à la lumière de l\'estomac et génère un gradient de concentration H+ d\'un million de fois: pH = 1,0 dans la lumière de l\'estomac contre pH = 7,0 dans le cytosol cellulaire. Cette protéine de transport est similaire à la Na+/K+ ATPase de la membrane plasmique. C\'est un **transport actif par antiport** (H+/ K+ ATPase). Si les cellules pariétales exportaient simplement des ions H + en échange d\'ions K+, la perte de protons entraînerait une augmentation de la concentration des ions OH- dans le cytosol et donc une augmentation marquée du pH cytosolique. Les cellules pariétales évitent **cette élévation cytosolique du pH** conjointement avec l\'acidification de la lumière de l\'estomac en utilisant des **antiporteurs** Cl-/HCO3 (**transport facilité**) dans la membrane basale pour exporter les «excès» d\'ions OH- du cytosol dans le sang. **C- Trafic vésiculaire, sécrétion et endocytose** Le transport de **grosses molécules** (ou macromolécules et même des micro organismes) à travers la membrane se produit par un processus différent de la diffusion: c\'est l\'endocytose et l\'exocytose. **1- endocytose** Il existe trois principaux types d\'**endocytose** **a- Pinocytose**: La pinocytose est un pincement non spécifique, plus ou moins constant, de petites vésicules qui engloutissent le liquide extracellulaire contenant des solutés; ils sont trop petits pour contenir des particules importantes. La majorité des cellules utilisent la pinocytose. **b- Phagocytose**: les cellules prolongent les **pseudopodes** par évagination membranaire. Les pseudopodes engloutissent des particules étrangères qui doivent être éliminées du corps. Les particules englouties sont digérées lorsqu\'un lysosome fusionne avec le **phagosome** (vésicule résultat de la phagocytose), activant les enzymes hydrolytiques stockées. La phagocytose est initiée lorsque des particules sont détectées à la surface externe de la cellule. La phagocytose est une **spécialité des phagocytes** (cellules phagocytaires), une classe de globules blancs (macrophage et polynucléaires neutrophiles) qui font partie de notre système immunitaire. **c- Endocytose par récepteurs:** L\'endocytose qui fait intervenir des récepteurs repose sur **l\'affinité des récepteurs** pour des **substances extracellulaires spécifiques** qui doivent être internalisées par la cellule. Lors de la liaison de leurs ligands (substances à internaliser), les récepteurs s\'agrègent dans des régions différenciées de la membrane cellulaire appelées **puits recouverts**. Ces puits s\'invaginent et se pincent pour former une **vésicule recouverte**. Le contenu de la vésicule recouverte est finalement livré à leurs **destinations cellulaires**, après quoi leurs membranes sont recyclées vers la membrane plasmique. La **clathrine** est la principale protéine à la surface des puits recouverts invaginés. Aidé par la **dynamine**, les puits recouverts s\'invaginent et deviennent, après pincement, une vésicule recouverte. Une fois internalisées, les vésicules recouvertes **perdent leur clathrine** et leur enveloppe de protéine adaptatrice associée. La vésicule non recouverte **fusionne avec un lysosome I** (primaire) contenant des enzymes hydrolytiques inactives pour former une **vésicule de tri** qui sépare le contenu importé des récepteurs qui sont recyclés vers la membrane. Dans la vésicule qui reste, maintenant appelée **lysosome II (secondaire),** les enzymes digestives catalysent l\'hydrolyse du contenu de la vésicule qui est libérée pour un usage cellulaire. Cette endocytose est le meilleur mécanisme spécifique et rentable pour profiter des grosses molécules dans les cellules. Un exemple majeur d\'endocytose par récepteurs est l\'absorption du **cholestérol** lié aux lipoprotéines, un complexe de phospholipides, de protéines et de cholestérol. Jusqu\'à 15000 molécules de cholestérol peuvent être transportées par un seul complexe. La plupart des cellules de mammifères produisent des récepteurs spécifiques qui se lient aux LDL et l'incorporent. Les particules sont ensuite transportées aux lysosomes pour y être hydrolysé en cholestérol libre utilisable par la cellule. Les récepteurs sont recyclés. Si une trop grande quantité de cholestérol s'accumule à l'intérieur de la cellule, cela provoque l'arrêt de la synthèse des récepteurs et ainsi la cellule en absorbe moins. Le LDL s'accumule alors dans le sang. Certains individus qui ont hérité de **gènes défectueux** dans la synthèse de récepteurs pour le LDL vont avoir des taux de **LDL sanguin élevé.** Cette anomalie peut être attribuée aux récepteurs qui peuvent être carrément absents ou défectueux. Dans ce dernier cas les récepteurs sont présents en nombre, fixent le LDL mais ne peuvent pas s'organiser en puits. Le LDL, se fixe à la membrane mais ne peut être incorporé (ou internalisé). Le taux sanguin en LDL de ces individus est élevé. Quelque soit l'anomalie, l'hypercholestérolémie prédispose à une **artériosclérose**, vieillissement prématuré des artères qui se fissurent donnant des stries qui se chargent en lipides (cholestérol). Son accumulation entraîne la formation d'**athéromes**, masse graisseuse qui peut diminuer le calibre de l'artère et ou carrément arrêter le débit. Ces perturbations sont à l'origine de **maladies cardiovasculaires ou des accidents vasculaires cérébraux**. Le cholestérol, sous forme de lipoprotéines est transporté dans le sang sous forme de HDL (high density lipoprotéines). Ce complexe capture le cholestérol pour les transporter vers le foie qui se chargera de l'éliminer par le tube digestif grâce à la bile, contribuant ainsi à diminuer le taux du cholestérol sanguin. Pour cette raison il est appelé «**bon cholestérol**». Le cholestérol est aussi transporté en complexe appelé LDL (low density lipoproteins) est appelé «**mauvais cholestérol**» car son accumulation entraîne la formation d'athéromes. https://ccaoscience.files.wordpress.com/2011/04/endocytosis\_types.gif **Le type d\'endocytose le plus courant chez l\'animal est la pinocytose. Dans ce processus, une cellule intériorise et pince de petits morceaux de sa propre membrane, apportant un petit volume de liquide et tout matériau attaché à la membrane. Les phagocytes utilisent un type spécifique d\'endocytose appelé phagocytose. La cellule envoie une extension en forme de bras qui entoure et renferme le matériau extracellulaire. Cela enveloppe les matériaux, les amenant dans la cellule dans un compartiment fermé.** **2- Exocytose**: l\'endocytose entraîne une perte de membrane pour la cellule. Pour maintenir la taille ou le volume des cellules, une exocytose est nécessaire pour **restaurer la membrane** **plasmique internalisée** par l\'endocytose et pour **éliminer les déchets** cellulaires. Les voies d'exocytoses délivrent des protéines membranaires fabriquées dans les cellules à la surface cellulaire. L\'exocytose permet la **sécrétion de grosses molécules**. Il peut s\'agir de protéines et de glycoprotéines comme les enzymes digestives et de nombreuses hormones peptidiques / polypeptidiques, dont chacune doit sortir de la cellule vers le fluide extracellulaire ou vers la circulation. L\'exocytose est également le point final d\'un processus complexe d\'empaquetage de **protéines destinées à être sécrétées** par la cellule ou à être elles-mêmes des protéines membranaires. Les protéines de la voie de sécrétion qui sont destinées aux compartiments extracellulaires peuvent être chargées dans au moins un des deux types de vésicules. Après avoir émergé du réseau trans-Golgi, le **premier type de vésicule** se déplace immédiatement et, libérant son contenu par exocytose. Ce type de sécrétion, appelée **sécrétion constitutive** se fait de façon **continue** et se produit dans tous les types cellulaires. Des exemples de protéines libérées par une telle sécrétion comprennent le collagène par les fibroblastes, les protéines sériques par les hépatocytes et les anticorps par les lymphocytes B activés. Le **deuxième type de véhicule** à bourgeonner du réseau trans-Golgi, connu sous le nom de vésicules sécrétoires (ou vésicules de sécrétion), est **stocké** à l\'intérieur de la cellule jusqu\'à ce qu\'un **signal** d\'exocytose provoque la libération de leur contenu au niveau de la membrane plasmique (**sécrétion provoquée**). Parmi les protéines libérées par une telle sécrétion régulée, il y a des hormones peptidiques (par exemple, insuline, glucagon, ACTH) provenant de diverses cellules endocrines, des précurseurs d\'enzymes digestives de cellules acineuses pancréatiques, des protéines de lait de la glande mammaire et des neurotransmetteurs de neurones.