Physiologie du Système Nerveux 2024 PDF

Physiologie du Système Nerveux Séance de Répétition 2 BLOC 2 EN SCIENCES PSYCHOLOGIQUES – BLOC 1 EN LOGOPÉDIE PR. PHILIPPE KOLH – MARIE VITELLO Chapitre II : Les membranes cellulaires et les transports de substances entre les compartiments  Fonctions générales des membranes Les membra...

Physiologie du Système Nerveux Séance de Répétition 2 BLOC 2 EN SCIENCES PSYCHOLOGIQUES – BLOC 1 EN LOGOPÉDIE PR. PHILIPPE KOLH – MARIE VITELLO Chapitre II : Les membranes cellulaires et les transports de substances entre les compartiments  Fonctions générales des membranes Les membranes sont tout sauf passives, elles ont des activités multiples et des fonctions essentielles à la vie des cellules! Les membranes fournissent un soutien structurel Elles assurent une compartimentation et une isolation Les membranes sont des barrières à perméabilité sélective!! Elles sont le site de communication entre la cellule et l’environnement Les membranes sont le site d’activités biochimiques  Structure des membranes cellulaires Toutes les membranes sont formées d’un assemblage de lipides (cholestérol & phospholipides) et de protéines + faible pourcentage d’hydrates de carbone Des protéines variées sont disséminées dans la bicouche où elles s’insèrent pour y flotter et pour la traverser → Mosaïque Les protéines et les lipides pivotent et se déplacent constamment au sein de la membrane → Fluide  Structure des membranes cellulaires (les lipides) Lorsqu’ils sont placés en solution aqueuse les phospholipides s’orientent spontanément de telle sorte que: - leurs portions hydrophiles soient en contact avec les molécules d'eau - les acides gras hydrophobes se placent face à face du côté opposé à l'eau Tête: hydrophile = aime l’eau Queue: hydrophobe = peur de l’eau Structure des membranes cellulaires (les lipides) Structure des membranes cellulaires (les protéines) Chaque cellule contient entre 10 et 50 types différents de protéines insérées dans la bicouche D’un point de vue anatomique, on distingue : Protéine Les protéines intrinsèques traversent la membranaire membrane de part en part. Elles servent Périphérique au transport de molécules à travers la membrane Protéine membranaire intrinsèque Les protéines périphériques sont attachées moins fermement sur une des faces de la membrane et ne constituent donc pas un canal. Protéine membranaire Périphérique Structure des membranes cellulaires (les protéines) En physiologie, nous classerons plutôt les protéines selon les fonctions qu’elles assument: Les protéines structurelles : connectent la membrane au cytosquelette + assurent liens entre les cellules → cohésion des tissus Les protéines enzymatiques : accélèrent certaines réactions enzymatiques à la surface des cellules. Les protéines réceptrices : Les protéines réceptrices situées à la surface externe des cellules interviennent dans la réception de signaux (contact, électrique, chimique) au sein de l'organisme. Les protéines de transport : Font entrer et sortir des molécules de la cellule. On peut les classer en deux grandes catégories: les canaux et les transporteurs. Structure des membranes cellulaires (les protéines) En physiologie, nous classerons plutôt les protéines selon les fonctions qu’elles assument: Les protéines structurelles se divisent en deux categories les protéines d’adhérence: assurent les liens entre les cellules les protéines de fixation au cytosquelette: connectent la membrane au cytosquelette afin de maintenir la forme de la cellule Structure des membranes cellulaires (les hydrates de carbone) Les hydrates de carbone (glucides) sont attachés : soit aux protéines →glycoprotéines Servent à la reconnaissance cellulaire et à l’immunité soit au aux lipides →glycolipides Les hydrates de carbone s’observent uniquement sur la face externe de la cellule !! Synthèse Les canaux et les transporteurs protéiques Les canaux protéiques Les transporteurs protéiques  Les canaux et les transporteurs protéiques Ouvert simultanément sur les deux faces de la membrane Le canal peut sélectionner les molécules qui le traversent en fonction de leur charge électrique → Canaux Na+, canaux Cl-, canaux K+… Régulation du trafic des molécules grâce à la position ouverte ou fermée Ligand-dépendant, voltage-dépendant, mécaniquement dépendant Les canaux et les transporteurs protéiques Ouverture alternative vers les espaces extra ou intra-cellulaire La molécule se fixe sur un des versants de la membrane  Les canaux et les transporteurs protéiques Les canaux protéiques Les transporteurs protéiques Ils sont plus rapides Ils sont plus lents Ils sont moins sélectifs Ils sont plus sélectifs La molécule traverse simplement le canal La molécule se lie au transporteur Ouvert simultanément sur les 2 versants de la Lorsqu’une des portes est ouverte, l’autre est membrane toujours fermée Les mouvements au travers des membranes Lorsqu’une molécule traverse librement la membrane, on dit que la membrane est perméable à la molécule en question. Si la membrane ne permet pas le passage d’une substance, on dit qu’elle est imperméable à cette substance Les mouvements au travers des membranes Perméable 2 caractéristiques des molécules influencent ces mouvements: La taille de la molécule La solubilité de la molécule dans les lipides Imperméable Si molécule très petite Si liposoluble → traverse librement → traverse librement Si molécule très Si hydrophile ou volumineuse → ne peut lipophobe → ne peut pas traverser librement pas traverser librement  Les mouvements au travers des membranes Perméable Hydrophobes = Liposolubles = Lipophiles = laisse passer Imperméable Lipophobes = Hydrosolubles = Hydrophiles = ne laisse pas passer Phobe → Phobie → n’aime pas: Hydrophobe = qui n’aime pas l’eau Lipophobe = qui n’aime pas les lipides Soluble → Qui se dissout : Liposoluble = soluble dans les lipides Hydrosoluble = soluble dans l’eau Les mouvements au travers des membranes On peut classer de plusieurs façons ces mécanismes de passage transmembranaire: 1. Intervention ou non d’une protéine dans le passage Si utilisation d’E →transport actif 2. Utilisation ou non d’Energie pour le transport Si Energie →transport passif Les mouvements au travers des membranes La diffusion simple (transport passif) La diffusion est la tendance qu’ont les molécules et les ions à se répandre dans l’environnement L’agitation moléculaire et les mouvements aléatoires aboutissent à un déplacement des molécules depuis les régions où la concentration est élevée vers les régions où la concentration est faible. La diffusion s’effectue suivant un gradient de concentration !!! Concentration + →Concentration -  Les mouvements au travers des membranes La diffusion simple (transport passif) La diffusion est un processus spontané et passif, il ne requiert pas de fourniture d’énergie car il suit le gradient de concentrations La diffusion est un processus lent et elle ne s’arrête que lorsque la concentration des molécules qui diffusent est homogène dans le système. Les molécules sont réparties uniformément → Etat d’équilibre Les mouvements au travers des membranes La diffusion simple (transport passif) =V Les mouvements au travers des membranes La diffusion simple (transport passif) - Surface de la membrane: V proportionnelle à la surface - Liposolubilité: V proportionnelle à la liposolubilité - Tailles des molécules: V inversement proportionnelle à la taille des molécules - Epaisseur de la membrane : V inversement proportionnelle à l’épaisseur de la membrane  Les mouvements au travers des membranes La diffusion simple (transport passif) Dans le cas de membranes cellulaires, une substance passera d’un espace à l’autre directement à travers la membrane plasmique si : La substance est liposoluble ou non polaire (+ elle est soluble dans les lipides, mieux elle traverse la membrane) La substance a une taille suffisamment petite Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines La substance utilise un transporteur protéique auquel elle se fixe! Si le transport est passif (donc pas d’énergie) Diffusion facilitée Si le transport est actif (utilisation d’énergie) Transport actif Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Trois caractéristiques communes aux 2 types de transports : 1. La spécificité : Le transporteur ne transporte qu’une seule molécule ou qu’un seul groupe de molécules apparentés par leur structure. On parle d’affinité quand le transport va plus vite pour une substance que pour une autre Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines 2. La compétition : Découle directement de la spécificité et de l’affinité. Ici, le transporteur du glucose transporte du fructose dans la cellule à vitesse constante. A un moment donné, on ajoute du glucose à l’extérieur de la cellule. Comme le transporteur du glucose a une plus grande affinité pour le glucose que le fructose, il commence à transporter le glucose à la place de ce dernier → ralentissement du transport du fructose Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des proteins 3. La saturation : La vitesse maximale de transport est atteinte lorsque l'on est à saturation. La vitesse dépend de la concentration en substance à transporter et du nombre de transporteurs. Pour une nombre donné de transporteurs, il arrive un moment où la concentration en substance à transporter est telle que tous les transporteurs sont occupés → saturation!  Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines La diffusion facilitée (transport passif) Les substances comme le glucose (grosses molécules) ou les AA qui composent les protéines traversent la membrane par diffusion facilitée : La substance à transporter se lie à un transporteur protéique de la membrane pour la traverser. Les mouvements au travers des membranes Faire la différence diffusion simple / facilitée Diffusion simple Diffusion facilitée Les molécules suivent le gradient Les molécules suivent le de concentrations gradient de concentrations Pas de fourniture d'énergie Pas de fourniture d'énergie Points communs Arrêt lorsque les concentrations Arrêt lorsque les concentrations sont égales de part et d’autre sont égales de part et d’autre Passe directement à travers la Assurée par des transporteurs membrane ou par un canal protéiques Différences / Spécificité, compétition, saturation  Directement à Diffusion travers la simple membrane TRANSPORT PASSIF Canal → La molécule protéique suit son gradient de concentration Diffusion Transporteur facilitée protéique Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports actifs Contrairement à la diffusion, les transports actifs déplacent des substances contre un gradient de concentration. →Au lieu d’aboutir à un état d’équilibre, les transports actifs créent un état de déséquilibre avec une concentration plus élevée d’un des cotés de la membrane S’effectue contre le gradient de concentrations !! → Besoin d’Energie (ATP) Concentration - →Concentration +  Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports actifs Les types de transporteurs: Uniport : Ne transporte qu’une seule molécule Symport : Transporte plusieurs molécules dans la même direction Antiport : Les molécules sont transportées dans des directions opposées et se croisent  Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports actifs 1. Les transports actifs primaires L’énergie pour le transport vient directement de la décomposition de l’ATP (énergie fournie par le métabolisme cellulaire) Pompe sodium-potassium: La pompe décompose l’ATP en ADP et utilise ensuite l’énergie libérée pour transporter le Na+ et K+ dans des sens opposes (antiport)  Transport actif primaire Pompe sodium-potassium Milieu intracellulaire Milieu extracellulaire Entrée de 2 K+ K+ K+ Sens du gradient de concentration de K+ Na+ Sortie de 3 Na+ Na+ Sens du gradient de concentration de Na+ Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports actifs 2. Les transports actifs secondaires : Ces transports utilisent l’énergie que libère une substance se déplaçant selon son gradient de concentration pour l’affecter au déplacement d’une substance contre son gradient de concentration Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports vésiculaires Beaucoup de molécules plus volumineuses doivent traverser la membrane selon un autre mode de fonctionnement : le transport vésiculaire (nécessite de l’ATP)  Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports vésiculaires 1. L’exocytose La vésicule migre en direction de la membrane avec laquelle elle fusionne. →Le contenu de la vésicule est alors libéré dans l'espace extracellulaire. Vésicule = sac intracellulaire entouré d’une membrane et contenant le produit/substance devant subir l’exocytose  Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports vésiculaires Phagocytose 2. L’endocytose Pinocytose Endocytose par récepteur interposé La substance qui doit pénétrer dans la cellule est entouré par un repli de la membrane qui s'invagine ensuite vers l'intérieur de la cellule et forme une vésicule qui se détache et entre ensuite dans la cellule pour pénétrer dans le cytoplasme où son contenu sera digéré.  Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports vésiculaires Phagocytose 1. Le membrane cellulaire forme des prolongements (pseudopodes) qui viennent entourer une particule présente dans l'espace extracellulaire. 2. La vésicule ainsi formée (phagosome), se détache de la surface de la cellule et gagne le cytoplasme pour fusionner avec un lysosome →phagolysosome 3. La partie dégradable de la vésicule sera digérée. Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports vésiculaires Pinocytose Le repli entoure une gouttelette de liquide de l'espace extracellulaire pour ensuite la faire pénétrer dans la cellule par une vésicule. Contrairement à la phagocytose qui est dévolue à certains types de cellules, la pinocytose est un processus très répandu. Les mouvements au travers des membranes Les transports médiés par des protéines Les transports vésiculaires Endocytose par récepteur interposé Le récepteur et la substance qui s'y est fixée (ligand) se rassemblent au niveau d'un puits tapissé et pénètrent ensemble dans la cellule à l'aide d'une vésicule appelée « vésicule tapissée » car elle est recouverte à sa face cytoplasmique d'une couche de protéines : la clathrine. → Contrairement à la phagocytose et à la pinocytose qui ne sont pas du tout sélectives, l'endocytose par récepteurs interposés est un processus extrêmement sélectif! Les mécanismes d’endocytose  La distribution de l’eau et des solutés dans l’organisme Composition en solutés des 3 compartiments corporels Plasma → Cl- Na+ Extracellulaire Liquide interstitiel → Cl- Na+ Liquide intracellulaire → K+ PO4 3- → Les ions et autres solutés sont présents dans les 3 compartiments mais leurs concentrations intra et extra-cellulaire sont très différentes !  La distribution de l’eau et des solutés dans l’organisme Les cellules vivantes consomment de l’énergie pour maintenir un état de déséquilibre chimique  La distribution de l’eau et des solutés dans l’organisme Moyen mnémo-technique qui marche à tous les coups : « Une cellule, c’est comme une banane dans la mer! » Cellule = banane : riche en Potassium (K+) Espace extracellulaire = Mer : riche en Na+ et Cl- ***NaCl = sel La distribution de l’eau et des solutés dans l’organisme  La distribution de l’eau et des solutés dans l’organisme L’eau se déplace librement entre les compartiments, de sorte que ceux-ci soient en équilibre osmotique La distribution d’un solvant comme l’eau à travers une membrane à perméabilité sélective comme la membrane cellulaire est appelée osmose. → L’osmose se produit quand la concentration d’eau n’est pas la même des deux côtés de la membrane. La distribution de l’eau et des solutés dans l’organisme A volume constant, par rapport à l’eau pure, la concentration des molécules d’eau est inférieure dans une solution Si la membrane qui sépare la solution et l’eau pure est à perméabilité sélective (imperméable aux solutés), un flux d’eau s'effectuera de l’eau pure vers la solution La distribution de l’eau et des solutés dans l’organisme Plus une solution est concentré en solutés, moins sa concentration en eau (solvant) est élevée Le mouvement de l’eau se fait donc depuis une solution peu concentrée en solutés vers une solution plus concentrée OSMOSE = Equilibration de la concentration de l’eau  La distribution de l’eau et des solutés dans l’organisme La tonicité d’une solution fait référence aux variations de volume cellulaire : La concentration des solutés La solution contient plus La solution contient moins non-diffusibles est la même de solutés non-diffusibles de solutés non-diffusibles dans la solution est dans la que la cellule que la cellule cellule.  La séparation des charges dans l’organisme « Une différence de potentiel membranaire de repos résulte d’un mouvement d’ions »  La séparation des charges dans l’organisme « Une différence de potentiel membranaire de repos résulte d’un mouvement d’ions » Différence → signifie que le potentiel de la membrane résulte d’une différence entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule Potentiel → signifie que le gradient électrique créé par le transport actif d’ions au travers de la membrane est source de stockage d’énergie Repos → signifie que l’on observe ce potentiel dans toutes les cellules vivantes, même dans celles qui ne sont pas excitables et n’ont pas d’activité électrique.  La séparation des charges dans l’organisme « Une différence de potentiel membranaire de repos résulte d’un mouvement d’ions » L’interaction entre les forces osmotiques et électriques détermine le potentiel de membrane. → Chaque cellule agit comme un « séparateur des charges », de sorte qu’il y a une différence de potentiel de part et d’autre de la membrane La séparation des charges dans l’organisme L’échelle absolue des charges d’accord, mais… qu’est ce que l’échelle relative des charges ? La séparation des charges dans l’organisme L’échelle absolue des charges d’accord, mais… qu’est ce que l’échelle relative des charges ? La séparation des charges dans l’organisme A. Système en équilibre osmotique, chimique, électrique B. Asymétrie des charges électriques Intérieur de la cellule - Echelle relative : -2 - Echelle absolue : -1 /!\ inverse de la description figure II.30.  La séparation des charges dans l’organisme Quels ions produisent la différence de potentiel membranaire de repos ? Ici, le système est neutre électriquement (équilibre électrique) = même nombre de charges + et – en intra et extra cellulaire Mais il n’est pas en équilibre chimique → Le K+ sort de la cellule pour suivre son gradient de concentration (il veut être concentré de manière équivalente de part et d’autre de la membrane)  La séparation des charges dans l’organisme Quels ions produisent la différence de potentiel membranaire de repos ? La sortie des ions K+ crée alors un gradient électrique (il y a un excès de charges négatives à l’intérieur de la cellule) Ce gradient tend à faire re rentrer des ions K+ dans la cellule Forces électriques = forces chimiques Équilibre électro-chimique  La séparation des charges dans l’organisme Quels ions produisent la différence de potentiel membranaire de repos ? Le Na+ suit son gradient de concentration en entrant dans la cellule Cela provoque un gradient électrique qui tend à faire ressortir le Na+ (car excès de charges positives à l’intérieur de la cellule et négatives à l’extérieur ) Potentiel d'équilibre Na+ = + 90 mv : le Na+ s’arête de bouger quand le milieu intracellulaire est à +90mV  La séparation des charges dans l’organisme Conclusion : La situation dans les cellules vivantes est exactement similaire à celle qui résulterait de la combinaison de ces 2 systèmes simultanément : La plupart des cellules étant à peu près 40 fois plus perméables au K+ qu’au Na+, → le potentiel de repos des cellules est donc plus proche du potentiel d’équilibre du K+ (-90mV) que du potentiel d’équilibre du Na+ (+90mV). La cellule a donc un potentiel de repos de -70 mV  Exemples de questions d’examen A propos du liquide extracellulaire : A. Il est riche en ions Sodium (Na+) B. Il est pauvre en ions Potassium (K+) C. Il est riche en ions Chlorure (Cl-) D. Il est situé à l’extérieur de la cellule  Exemples de questions d’examen A propos du liquide extracellulaire : A. Il est riche en ions Sodium (Na+) B. Il est pauvre en ions Potassium (K+) C. Il est riche en ions Chlorure (Cl-) D. Il est situé à l’extérieur de la cellule Réponse: Toutes  Exemples de questions d’examen A propos des membranes cellulaires: A. Les glucides sont localisés sur la face extracellulaire B. Les protéines intrinsèques ne se déplacent pas dans la bicouche C. La queue des phospholipides est hydrophobe D. Elles ne contiennent que très peu de cholestérol  Exemples de questions d’examen A propos des membranes cellulaires: A. Les glucides sont localisés sur la face extracellulaire B. Les protéines intrinsèques ne se déplacent pas dans la bicouche C. La queue des phospholipides est hydrophobe D. Elles ne contiennent que très peu de cholestérol Réponse: A-C  Exemples de questions d’examen La vitesse de diffusion d’une substance au travers d’une membrane est directement proportionnelle à: A. La taille de la substance B. L’épaisseur de la membrane C. Degré de d’hydrosolubilité de la substance D. La température locale  Exemples de questions d’examen La vitesse de diffusion d’une substance au travers d’une membrane est directement proportionnelle à: A. La taille de la substance B. L’épaisseur de la membrane C. Degré de d’hydrosolubilité de la substance D. La température locale Réponse: D  Exemples de questions d’examen A propos du compartiment liquidien intracellulaire: A. Sa concentration en ions Ca+ est plus élevée que celle du liquide extracellulaire B. Sa concentration en ions K+ est plus élevée que celle en ions NA+ C. Sa concentration en ions Cl- est plus faible que celle du liquide extracellulaire D. Il est en déséquilibre chimique avec les autres compartiments  Exemples de questions d’examen A propos du compartiment liquidien intracellulaire: A. Sa concentration en ions Ca+ est plus élevée que celle du liquide extracellulaire B. Sa concentration en ions K+ est plus élevée que celle en ions NA+ C. Sa concentration en ions Cl- est plus faible que celle du liquide extracellulaire D. Il est en déséquilibre chimique avec les autres compartiments Réponse: B - C - D  Exemples de questions d’examen A propos des transporteurs protéiques : A. Ils sont plus rapides que les canaux protéiques B. Ils sont moins sélectifs que les canaux protéiques C. Ils sont ouverts simultanément sur les 2 versants de la membrane D. Lors du transport, la molécule ne se lie pas au transporteur  Exemples de questions d’examen A propos des transporteurs protéiques : A. Ils sont plus rapides que les canaux protéiques B. Ils sont moins sélectifs que les canaux protéiques C. Ils sont ouverts simultanément sur les 2 versants de la membrane D. Lors du transport, la molécule ne se lie pas au transporteur Réponse: Aucune