Transport Membranaire Cours 3 2024 - PDF

Transport Membranaire Cours 3 Professeur Nicolas Demaurex _______________________________________________________ MEMBRANE PLASMIQUE ET ESPACES LIQUIDIENS MOLECULES ET MECANISMES DE TRANSPORT TRANSPORT PASSIF: CANAUX IONIQUES COURANTS IONIQUES ET PO...

Transport Membranaire Cours 3 Professeur Nicolas Demaurex _______________________________________________________ MEMBRANE PLASMIQUE ET ESPACES LIQUIDIENS MOLECULES ET MECANISMES DE TRANSPORT TRANSPORT PASSIF: CANAUX IONIQUES COURANTS IONIQUES ET POTENTIELS DE MEMBRANE TRANSPORT PRIMAIREMENT ACTIF POMPES ET TRANSPORTEURS ABC TRANSPORT FACILITE et SECONDAIREMENT ACTIF UNIPORTS, SYMPORTS, ANTIPORTS TRANSPORT DE L’EAU AQUAPORINES 3 1  Pompes ioniques Pompes de type P (phosphorylé) Na+/K+-ATPase Ca2+-ATPase H+/K+-ATPase Pompes de type V (vacuolaires) H+-ATPases Pompe de type F (mitochondriale) H+-ATPase 4 2  Structures des pompes ioniques Type P Type F Type V  feuillet F0 V0 exoplasmique  feuillet cytoplasmique F1 V1 5 3  Na+/K+ ATP ase Pompe à sodium: Catalyse la sortie de sodium des cellules, couplée à l’entrée de potassium Pompe ionique ubiquitaire du règne animal Maintient l’asymétrie ionique des liquides intracellulaires (K+) et extracellulaire (Na+) Génère les gradients chimiques utilisés par les canaux ioniques et les transporteurs 25% de notre consommation d’oxygène (50% dans certains organes: cerveau, rein) 6 4  Cycle de la Na+/K+ ATPase 7 5  Ca2+ ATP ase Pompe à calcium Membrane plasmique (PMCA) et réticulum endo/sarcoplasmique (SERCA) PMCA: maintient la concentration du calcium intracellulaire très basse (100 nM) SERCA: stocke le calcium dans le réticulum (lié à des protéines) 8 6  Rôle des Ca2+ ATP ases Ca2+ channel SERCA Ca2+-ATPase Ca2+ store noyau ATP ATP Ca2+ release Ca2+-ATPase channel 9 7  Signaux calciques Cardiac myocytes, Fluo-4, 20 Hz. 10 8  H+/K+ ATP ases Catalyse la sortie de H+ en échange de K+ (contre leurs gradients) Cellules pariétales de l’estomac, rein Activité couplée à la sortie de K+ et de Cl- par des canaux ioniques transforme la sécrétion de KCl en sécrétion de HCl 11 9  V-type H+ ATP ases Pompe à protons Membrane des organites Intracellulaires  Maintenance du pH des organelles Membrane plasmique des ostéoclastes Résorption osseuse doi: 10.26508/lsa.20220152 12 10  F-type H+ ATP synthase Pompe à protons Membrane interne des mitochondries Génère de l’ATP en utilisant un gradient de protons (pompe inversée) Fonction inverse des ATPases : ATP synthase  Produit l’énergie utilisée par les autres pompes 13 11  F-type H+ ATP synthase 14 12  Pompes (ATP ases) L’énergie fournie par H + l’ATP synthase est Consommateurs d’ATP consommée par les P autres ATPases K + ++ Ca Na+ P P Na+/K+ ATP ase + K ATP Ca2+ ATP ases P ++ Ca + H + AA H+/K+ ATP ase R.S. ou R.E. ADP Vacuoles Source d’ATP + H ADP V-type H+ ATP ases + ATP P F0F1 Mitochondries 15 13  Transporteurs ABC >40 transporteurs Activés par la liaison d’ATP Grande variété de molécules transportées (ions, lipides, acides biliaires, drogues, fer…) Mucoviscidose (CFTR) Chimiothérapie (MRP-1) Cystic fibrosis transmembrane regulator (CFTR) 16 14  Diffusion facilitée Glucose Urée Acides aminés … 17 15  Modèle de fonctionnement d’un uniport Uniport Canal ionique 18 16  human glucose transporter GLUT1 (PDB 4PYP) 19 17  Cinétique du transport facilité Ci (ext) Ji Ji (max) diffusion facilitée Ji (max)/2 diffusion facilit e diffusion simple Ji GLUT1 Km C i (ext) Cinétique dite de (J i ) max Ci Ji  type Michaelis-Menten. Ci  K m 20 18  La distribution des transporteurs de glucose (GLUT) dans les tissus et leurs fonctions Isoforme Distribution Fonction de transport GLUT-1 générale glucose (constitutif) GLUT-2 rein et intestin glucose (basse affinité) foie relâchement de glucose pancréas senseur glucose (cellule ) GLUT-3 neurones, placenta glucose (haute affinité) GLUT-4 muscle, graisse, cœur glucose (induit par l’insuline) GLUT-5 générale fructose GLUT-6 pas connue (pseudogène) GLUT-7 foie gluconéogénèse GLUT-8 testicules GLUT-9 rate, foie, leukocytes GLUT-10 foie, pancréas GLUT-11 coeur, muscle, rein glucose, fructose GLUT-12 cœur, graisse, intestin glucose (en partie induit par l’insuline) 21 19  Insertion du transporteur GLUT4 en réponse à l’insuline En présence d’insuline, le transporteur En absence d’insuline, le glucose GLUT4 est inséré dans la membrane et n’entre pas (peu) dans la cellule permet l’entrée du glucose. Essentiellement dans le muscle et le tissus adipeux 22 20  Comparaison des différents types de transport Diffusion simple Diffusion facilitée Transport actif Ji Ji Ji Ci (ext) Ci (ext) Ci (ext) Ci (int) Ci (int) Ci (int) L’entrée de « i » peut L’entrée de « i » peut L’entrée de « i » peut avoir lieu jusqu’à ce que avoir lieu jusqu’à ce que avoir lieu même si la la concentration interne et la concentration interne et concentration interne est externe soient égales externe soient égales supérieure à la concentration externe Plus la concentration Idem, mais le flux (J) Idem, mais le flux (J) externe est grande, plus atteint un plateau, le atteint un plateau, le le flux (J) est grand système est saturable système est saturable Ji Ji J (max) Ji J (max) Variation de flux en fonction de la Ci (ext) Ci (ext) Ci (ext) Ci (ext) 23 21  TRANSPORT SECONDAIREMENT ACTIF Symports et antiports 24 22  Symports Protéine qui transporte simultanément deux, ou plus de deux, espèces chimiques dans le même sens 25 23  Transport secondairement actif: symports Na+-X LUMIERE SANG Transporteur X X X Na+ Na+ 3Na+ ATP symport Na-X 2K+ X = GLUCOSE, ACIDES AMINES, PHOSPHATE, ACIDES ORGANIQUES, etc. 26 24  Transport vectoriel épithélium (absorption ou sécrétion) Na+ X X lumière X 3Na+ X ATP sang 2K+ X 27 25  Rein (néphron) tube proximal corpuscule tube distal (de Malpighi) Tube digestif tube collecteur anse de Henlé 28 26  (ré)Absorption intestinale et rénale du glucose par les symports SGLT1 et 2 Uniport (diffusion facilitée) Symport (transport second. actif) Changement de configuration Na+ GLUCOSE LUMIERE CYTOPLASME Configuration A Configuration B Intestin grêle rein SGLT1 ou SGLT2 2 2 GLUT1 ou GLUT2 29 27  Autres exemples de symports au niveau du rein Symport Na+, K+, 2Cl- (NKCC2) Symport Na+, Cl- (NCC) Inhibé par le furosémide (diurétique) Inhibé par le thiazide (diurétique) 30 28  Antiports Protéine qui transporte successivement deux, ou plus de deux, espèces chimiques dans deux sens opposés 31 29  Antiports Les échangeurs Na+/H+ (NHE) et Cl-/HCO3- (AE-1) du tubule rénal blood NHE AE-1 32 30  L’échangeur 3Na+/Ca2+ (NCX) Rappel sur le calcium: [Ca2+]ext: 1.5 mM [Ca2+]int: 100 nM extérieur cytosol 33 31  L’échangeur NCX dans les cardiomyocytes Canal Ca2+ voltage-dépendant [Ca2+]i PA 2K+ Contraction ATP 3Na+ Ca2+ 3Na+ 1Ca2+ 34 32  L’échangeur NCX dans les cardiomyocytes Glycosides cardiaques (ouabaïne, digoxine) [Ca2+]i PA 2K+ Force ATP de Ca2+ 3Na+ contraction [Na+]i [Ca2+]i - 3Na+ 1Ca2+ 35 33  Uniports, symports et antiports font tous partie d’une grande famille de molécules appelées « solute carriers » (SLC). Les SLC comprennent 52 familles et plus de 350 protéines différentes Quelques exemples: Rein: Na+-3HCO3- Intestin: Na+-acides aminés H+-Fe3+ Na+-phosphates … K+-Cl- … Système Nerveux: Na+-choline Thyroïde: Na+-glutamate 2Na+-I- … … 36 34  TRANSPORT DE L’EAU Osmose Osmolarité-tonicité Aquaporines Régulation du flux d’H2O par la vasopressine 37 35  Osmose Phénomène de diffusion de l’H2O à travers une membrane semi-perméable. Phénomène passif qui suit le gradient de concentration de l’H2O de part et d’autre de la membrane. Eau pure Solution NaCl osmose 38 36  Globules rouges dans de l’eau pure Solution NaCl Eau pure 39 37  Osmolarité Nombre d’osmoles par litre de solution [Osm/l] (osmolalité [Osm/Kg H2O]) Ne dépend pas de la nature des molécules (taille, charge électrique…) Osm = nC Nombre de particules Concentration dissociables Exemples: 1 mole de glucose (180 g) dans un litre d’H2O: 1 mol/l 1 Osm/l 1 mole de NaCl (58 g) dans un litre d’H2O: 1 mol/l 2 Osm/l car le NaCl se dissocie en Na+ et Cl- (n=2) Solution physiologique (plasma): entre 280 et 300 mOsm/l 130 mM NaCl + 2 mM CaCl2 + 5 mM KCl + 4 mM glucose ?280 mOsm/l 40 38  Pression osmotique Pression générée par la présence de solutés dans une solution [atm; mmHg] RT(nC) Constante Osmolarité des gaz Température (°K) Pression qu’il faut appliquer afin d’empêcher le passage de l’eau de B vers A 41 39  Osmolarité et tonicité La tonicité se définit par rapport à une cellule (système biologique). Tonicité: effet de l’osmolarité d’une solution sur le volume cellulaire. Osmole effective (efficace), soluté osmotiquement actif = soluté qui ne traverse pas la membrane. Osmole ineffective (inefficace), soluté osmotiquement inactif = soluté qui passe facilement la membrane. effRT(nC) RT(nC) Coefficient de réflexion: varie de 0 (totalement perméable) à 1 (totalement imperméable) 42 40  Exemple: Que se passe-t-il si on ajoute 10 mM de KCl dans une solution qui est à 300 mOsm (NaCl)? Les cellules vont perdre du volume 300 mOsm 320 mOsm H2O H2O 310 mOsm 310 mOsm Exemple: l’urée est une osmole ineffective (pour les globules rouges) Que se passe-t-il si on ajoute 20 mOsm d’urée dans une solution qui est à 300 mOsm (NaCl)? Rien, en terme de mouvement d’eau. 300 mOsm 320 mOsm L’urée va entrer dans la cellule. 10 mOsm urée 10 mOsm 310 mOsm 310 mOsm 43 41  Changements de volume cellulaire dans différentes solutions Solution Solution Solution hypertonique isotonique hypotonique 400 mOsm/l 300 mOsm/l 200 mOsm/l Cellules rétrécissent Volume inchangé Cellules gonflent 44 42  Réponse cellulaire aux changements de volume (Regulatory volume decrease) (Regulatory volume increase) 45 43  Expression pour le Flux d’eau Perméabilité à l’eau JH2O = PH2O eff = PH2O  R T Osm coefficient de réflexion Pour une différence d’osmolarité (Osm) donnée : -le flux d’eau sera faible si est petit (soluté ± perméable) -le flux d’eau sera important si  est grand (soluté ± imperméable)  46 44  Pression oncotique (colloïdo-osmotique) La pression oncotique est la « partie » de la pression osmotique qui est due aux protéines. capillaires cellules H2O H2O, Na+,K+.. Pro H2O Pro Pro Pro H2O, Na+,K+.. Na+,K+.. Pro Na+,K+.. Pro Pro Pro L’eau se déplace en fonction H2O du gradient de pression L’eau se déplace en fonction osmotique du gradient de pression oncotique et du gradient de pression hydrostatique 47 45  Pression oncotique La pression oncotique est responsable, avec la pression hydrostatique (P sanguine) du mouvement d’H2O à travers les capillaires sanguins H20 H2O P hydrostatique à travers une cellule: JH2O = Kf (eff) Pro H2O P oncotique Pro Pro Pro Equation de Starling: JH2O = Kf (P - eff) à travers un capillaire: Pression Pression JH2O = Kf (P - eff) hydrostatique oncotique 48 46  Les Aquaporines Oocytes dans un milieu hypotonique sans AQP avec AQP Human red cell AQP1 (PDB 1FQY) 49 47  Structure des Aquaporines tetramère D. Gomes et al. BBA (2009) 1213-1228 Diffusion « single file » S. Nielsen Physiol Rev (2002) 50 48  Membres de la famille des Aquaporines 51 49  La vasopressine Vasopressine = hormone antidiurétique = ADH Rôle: réabsorber Produite par de l’eau (par le l’hypophyse rein) lors d’une augmentation de l’osmolarité sanguine 52 50  Incorporation d’AQP2 sous l’effet de la vasopressine Tube rénal (collecteur) LUMIERE SANG AQP2 AQP3 AQP4 53 51  Incorporation d’AQP2 sous l’effet de la vasopressine Avant ADH + ADH 100 pM 54 52  Récapitulatif H2 O Aquaporine 145 mM 12 mM 4 mM 120 mM 5 mM 2 mM 1.2 mM 0.0001 mM 55 53