UE8 Biologie cellulaire - Livret 1/8 CM1 PDF 2024-2025

UE8 Biologie cellulaire LIVRET 1/8 CM1 Échanges sans mouvement de la membrane S02 – Cours du 07/01/2025 Livrets, Annales, E-learning, Capsul’exam, Fiches… Année 2024-2025  Transport sans mouvements de membrane Po...

UE8 Biologie cellulaire LIVRET 1/8 CM1 Échanges sans mouvement de la membrane S02 – Cours du 07/01/2025 Livrets, Annales, E-learning, Capsul’exam, Fiches… Année 2024-2025  Transport sans mouvements de membrane Pour survivre, une cellule a besoin de réaliser des échanges avec son environnement. La cellule transporte des molécules diverses pour maintenir son milieu interne constant et pour répondre aux modifications de l’environnement. La majorité des molécules exportées ou importées traversent la membrane plasmique grâce à des protéines transmembranaires Chaque type cellulaire possède un ensemble spécifique de protéines de transport Les organites intracellulaires maintiennent leur environnement interne distinct de celui du cytosol par des protéines qui leurs sont propres On distingue donc les transports : o Sans mouvements de la membrane o Avec mouvements de la membrane I- Introduction La partie centrale de la bicouche lipidique est hydrophobe La bicouche lipidique est une barrière à la diffusion de nombreuses substances Les lipides possèdent une tête polaire hydrophile aux extrémités de la membrane qui attire les autres composés polaires et ioniques Ils possèdent une queue non-polaire hydrophobe (disposés vers l’intérieur) qui confère à la membrane une imperméabilité à la plupart des molécules polaires (sauf l’eau), aux ions et aux grosses molécules Cette disposition n’est pas aléatoire (rappel des micelles formés par l’organisation de lipides dans l’eau) à Délimitation des compartiments intra et extracellulaire à Les membranes biologiques sont des barrières physiques pour les composés hydrophiles La membrane plasmique est semi-perméable, et permet : Rappels Le passage des molécules indispensables à la survie de la cellule (acides aminés, sucres…) concernant vers l’intérieur de la cellule les Aux métabolites intermédiaires de ne pas s’échapper de la cellule membranes Aux déchets métaboliques de quitter la cellule biologiques Les membranes biologiques permettent aux organites intracellulaires d’avoir une composition intérieur différente de celle du cytoplasme (répartition milieu intracellulaire/ organites intracellulaire) Malgré la séparation des différents compartiments due aux membranes biologiques, des échanges moléculaires sont nécessaires à la vie cellulaire Les membranes contrôlent le type et la quantité de molécules qui entrent ou sortent à un moment donné Les cellules ont développé des systèmes de transports d’ions et des macromolécules : Avec ou sans mouvements de la membrane Faisant intervenir ou non des protéines membranaires : co-transporteurs, pompes ou canaux Avec ou sans consommation d’énergie 3  II- Transports sans mouvements de la membrane 1. Des transports passifs (sans consommation d’énergie, avec et sans perméases) : a. Osmose (déplacement de l’eau) Diffusion passive de l’eau ou osmose : Malgré l’hydrophobicité de la membrane plasmique, une certaine diffusion membranaire existe selon un gradient de concentration pour l’eau ð Pour avoir un équilibre : l’eau se déplace des milieux les plus riches en eau (solutés dilués) vers les plus pauvres en eau (solutés concentrés) en présence de soluté ð Cette diffusion est donc régulée par des phénomènes d’osmose L’eau peut également passer par des « pores » nommés aquaporines o (Sera revu dans un autre cours) o Le transport de l’eau est accéléré grâce à ces transporteurs spécifiques apparus au cours de la phylogénèse Description Les mouvements d’eau permettent d’équilibre les pressions osmotiques de part et d’autre de la membrane Les lois de l’osmose décrivent les mouvements d’eau (de solvants*) entre 2 compartiments séparés par une membrane semi-perméable dont les concentrations en solutés sont différentes La membrane est imperméable aux solutés La pression osmotique est la valeur de la pression hydrostatique qui annule le flux d’eau (la pression que l’on doit mettre pour empêcher l’eau de passer travers la membrane) = « la force d’appel d’eau » d’un soluté L’osmolarité du mélange dépend de la dissociation en ions des solutés, en particulier le sel : NaCl -> Na+ + Cl- *solvant : liquide capable d’assure la dissolution de solutés = de dissoudre un corps chimique Soluté : corps dissous dans un milieu aqueux Définitions Osmose : Loi physique qui correspond au passage d’une solution d’un milieu hypertonique au travers d’une membrane semi-perméable Illustrations 4  La variation du volume de l’hématie se fait en fonction de l’osmolarité du milieu : ce mouvement permet d’équilibrer les pressions osmotiques de part et d’autre de la membrane Exemple Milieu Les globules rouges se rétractent car perte de l’eau : Plasmolyse hypertonique Milieu Pas de perte d’eau => équilibre isotonique Milieu L’eau « veut » rentrer dans le globule rouge pour équilibrer les concentrations => hypotonique gonflement des globules rouges Milieu très Beaucoup d’eau va entrer => éclatement des cellules (les cellules gonflent) : Hémolyse hypotonique 5  b. Diffusion simple (molécules traversent naturellement la membrane) : La diffusion simple au travers de la membrane plasmique concerne les petites molécules capables de se dissoudre dans la bicouche lipidique sans intervention de protéines membranaires Au cours de la diffusion simple, une molécule se dissout dans la membrane et y diffuse pour ensuite se dissoudre dans le milieu aqueux opposé Diffusion toujours dans le sens du gradient de concentration Du compartiment où la concentration en soluté est la plus élevée vers le compartiment où la concentration est la plus faible => EQUILIBRE ð Cette diffusion ne nécessite pas d’énergie = transport passif sans consommation d’énergie Description Aucune protéine membranaire n’est impliquée dans ce processus Processus lent : les molécules doivent se dissoudre dans la double couche de phospholipides avant de passer de l’autre côté Processus non sélectif puisqu’il n’y a pas de transporteurs qui vont sélectionner les molécules à importer. Toute molécule qui se dissout dans la membrane plasmique est capable de la traverser et de s’équilibrer entre le milieu extracellulaire et intracellulaire S’effectue dans les 2 sens (toujours dans le sens du gradient de concentration) Mécanisme non saturable© car pas d’intervention de récepteurs, molécules transmembranaires pour capter des molécules Sa liposolubilité (ou hydrophobicité) © Son poids moléculaire© : la membrane plasmique est pratiquement imperméable aux molécules ayant un poids moléculaires supérieur à 1000 Da – (plus la molécule est petite plus elle passe facilement) Facteurs Son degré d’ionisation© : la membrane plasmique est imperméable aux molécules régulant la chargées (hydrophiles) diffusion La surface d’échange : certaines cellules comme celles de l’épithélium intestinal et du tube simple de la contourné distal du rein sont spécialisées dans les échanges => leurs membranes présentent molécule des microvillosités et/ou invaginations qui leur permettent d’augmenter leur surface d’échange (cf cours histologie) L’épaisseur de la membrane : peu d’incidence en réalité, les membranes sont d’épaisseur relativement identique (5nm) Molécules concernées par ce mécanisme 6  c. Diffusion facilitée (des protéines membranaires font passer une molécule de part et d’autre de la membrane) : Intervention de protéines membranaires spécifiques Se fait dans le sens du gradient de concentration Ne consomme pas d’énergie Généralités Augmente la vitesse et la sélectivité de transport par rapport à la diffusion simple S’effectue dans les 2 sens C’est un mécanisme saturable contrairement à la diffusion simple Molécules de grosses tailles© (> 1 KDa) Molécules Molécules non liposolubles : concernées o = polaires o Exemple : les sucres, les ions Transmembranaires Plusieurs segments intramembranaires (hydrophobes) Perméases 2 grands Domaine Nter et Cter intra cytoplasmiques transporteuses groupes de Action par changement de conformation du récepteur : permet protéines la translocation de la molécule membranaires permettant la Transmembranaires diffusion Assemblage de monomères qui se regroupent pour former un Protéines canal facilitée canal (conductines) Nombreuses plus de 10 familles Action par ouverture et fermeture 7  Les perméases Elles sont utilisées par les molécules insolubles dans les lipides (pas de diffusion passive) et trop grosse pour passer par des pores (canaux) (ex : glucose) Les perméases servent o De récepteur : ils sont donc spécifiques des molécules à transporter Description o Et de transporteur Le transport se fait par changement de conformation de la perméases ou l’action du ligand (= la molécule à importer ou exporter) : l’interaction de 2 molécules entre elles change la conformation du transporteur qui va permettre le passage de la molécule La molécule transportée n’est jamais en contact avec la membrane Perméases = transporteuses par changement de conformation Rôle d’une navette entre les deux faces d’une membrane Le transporteur fonctionne en adoptant 2 changements conformationnels : Fonction- 1) La liaison de la molécule à l’extérieur de la cellule induit un changement nement conformationnel 2) Permet au site de liaison d’être orienté vers l’intérieur de la cellule 3) La molécule est ensuite libérée dans le cytosol 4) Une fois que la molécule est dissociée, le transporteur reprend sa forme initiale pour pouvoir recapter une autre molécule Illustration Du glucose Transpor- C’est une perméase ubiquitaire (que l’on retrouve dans toutes les teur cellules) Assure la diffusion facilitée du glucose du milieu extracellulaire vers le milieu intracellulaire Fonction Selon le gradient de concentration (le glucose est plus concentré dans le milieu extracellulaire) La liaison du glucose à l’extérieur de la cellule induit un changement conformationnel, le site de liaison peut être orienté vers l’intérieur de Mécanis la cellule Exemple me Le glucose va se dissocier de GLUT1 de GLUT1 La libération du glucose dans le cytoplasme, permet au GLUT1 de retrouver sa conformation initiale 8  Les protéines canal = canaux transmembranaires Canaux transmembranaires : o Plusieurs domaines transmembranaires o Les extrémités N/C terminal sont en intra ou extra cellulaire (plutôt en intracellulaire) o Existe des sites de fixation pour les agonistes/antagonistes qui contrôlent/régulent l’ouverture/fermeture du canal § Agoniste : favorise le fonctionnement du canal § Antagoniste : inhibe le fonctionnement du canal Généralités Assemblage de monomères insérés dans la membrane plasmique Système d’ouverture et de fermeture Forment des pores au travers de la membrane Sélectifs (spécifique) Ouverture (contrôlée), permet un libre passage (libre diffusion) de toutes molécules ayant une charge et une taille appropriée à Les protéines canal forment des pores au travers de la membrane lors de son ouverture (contrôlée) à laissent passer la molécule en fonction de son gradient L’assemblage des monomères permet une topologie particulière : o La partie interne, au centre du canal est hydrophile est interagit avec les molécules à internaliser Organisation o La partie externe du canal (tournées vers les lipides de la membrane) : du canal § Interagit avec les phospholipides § Interagit avec les agonistes/antagonistes Les canaux interagissent en intracellulaire avec les microfilaments d’actine ce qui leur permet d’être ancrés et fonctionnels Au repos : le canal est fermé Système Fixation d’un agoniste à ouverture du canal ouverture/ Protéines/molécules plus concentrées dans le milieu extérieur à passage à travers le fermeture canal lorsqu’il est ouvert à passage dans le sens du gradient de concentration Illustration 9  Les canaux ioniques Laissent passer les ions à travers la membrane plasmique Dépendent ou non du voltage Les porines Types de Les Aquaporines protéines canal Permettent aux molécules d’eau de traverser la membrane beaucoup plus rapidement que par la simple diffusion Les jonctions communicantes (=jonctions Gap) Permettent passage de molécules (d’un poids moléculaire < 1kDa : Ca++, IP3, AMPc …) d’une cellule à une autre Formées par des connexines à Plusieurs connexines forment un connexon à 2 connexons face à face forment un canal entre 2 cellules 10  Les canaux ioniques Dans la conduction nerveuse Dans la contraction cellulaire Rôles Dans la sensibilité de certains récepteurs sensoriels Dans la sensibilité aux neurotransmetteurs et aux hormones Mutations de gènes codant pour les protéines canal (dysfonctionnement des canaux) : canalopathies : Pathologies o Atteinte musculaire (retard à la contraction ou à la relaxation) o Cardiaque (troubles de la conduction et risque de mort subite (cf sportifs de haut niveau)) o Cérébrale (crise d’épilepsie) La différence de potentiel entraine l’ouverture du canal Sont sensibles aux variations de potentiel transmembranaire Généralités Ils s’ouvrent en réponse à une dépolarisation et se ferment lors d’une hyperpolarisation (exemple : cellules nerveuses) Exemple : les canaux K+ et Na+ des nerfs et des muscles : les canaux Ca++ qui contrôlent la libération des neurotransmetteurs dans les terminaisons pré-synaptiques Uniporteur : un seul ion qui passe à Ce sont les canaux les plus nombreux Canaux Na+, K+, Ca++, Cl- Très sélectif Durée d’ouverture : variable, certains canaux peuvent rester ouverts tandis que le stimulus est présent Participent à la polarité de la membrane : le courant ionique crée et maintient une polarisation de la membrane 2 modes de fonctionnement Canaux voltage-dépendants Passage rapide (106/s) Suivent gradient électrochimique (force électrique + force chimique) Pas de consommation d’énergie Canaux impliqués : Na+, K+, la pompe Na+/K+ Mécanisme : 1) Phase de repos : Le potentiel de repos est assuré par la pompe Na+/K+ Exemple du potentiel d’ action 2) Phase de dépolarisation : o Rapide o Assurée par l’entrée massive de sodium par les canaux V dépendant Na+ 3) Phase de repolarisation : o Rapide o Le canal est inexcitable o Assurée par les canaux V dépendant K+ 4) Retour à l’équilibre : assurée par la pompe Na+/K+ Notez que les seuls canaux ioniques Voltage dépendant dans ce mécanisme sont les canaux Na+ et K+ Vous reverrez ce mécanisme en biologie cellulaire et d’autres matières ne vous inquiétez pas 11  Servent de récepteurs Le ligand se fixe à la protéine canal. L’interaction du ligand sur le récepteur permet Généralités l’ouverture du canal et le passage des ions à travers la membrane Ils s’ouvrent en réponse à la liaison à un ligand (le ligand n’est pas la molécule Canaux activés par des ligands transportées) : neurotransmetteurs, nucléotides (cGMP), second messager… Exemple du récepteur à l’ acétyl Récepteur situé à la jonction neuro-musculaire (sera revu beaucoup plus en détail) L’ACh (=neurotransmetteur) permet de propager l'influx nerveux du nerf au muscle par l'entrée de sodium dans la fibre musculaire Les récepteurs canal de l’ACh : choline (ACh) o Se trouvent : § Dans la membrane post-synaptique des neurones (dans le système nerveux central et dans les ganglions végétatifs) § Ou des cellules musculaires (muscles striés au niveau de la jonction neuromusculaire) o Ce sont des canaux qui laissent passer les ions Na+ et K+ o En absence d'acétylcholine ces canaux sont fermés = état de repos Les porines Situées à la membrane externe des mitochondries Le passage : o Est Passif o Est Bidirectionnel o Concerne les petites molécules et les ions vers l’espace intermembranaire 12  Les aquaporines (AQP) Le transport de l’eau à travers la membrane plasmique se fait de 2 façons : o Diffusion lente par osmose à travers la bicouche lipidique o Passage rapide© à travers les canaux hydriques spécifiques (=Aquaporines), contribuent à maintenir la pression osmotique Présentes dans tous les règnes du vivant : Archae, bactéries et eucaryotes, plus de 400 différentes Généralités Peter Agre prix Nobel de chimie 2003 : découverte aquaporine du xénope 13 isoformes chez l’homme Une spécificité d’expression tissulaire AQP1 est ubiquitaire Passage de l’eau plus rapide que par simple diffusion Sélectif : ne laisse pas passer des ions et d’autres petites molécules Les AQP sont des tétramères© de 4 sous-unités identiques (homo- tétramère) Un pore d’aquaporine est en réalité un complexe de 4 monomères Structure d’aquaporines identiques liées de manière relativement stable les unes aux autres è Chaque monomère constitue un canal pour les molécules d’eau et fonctionne comme un canal indépendant© 6 hélices (=TM1 à 6) 5 boucles o 3 en extra-cellulaire et 2 en intracellulaire o 2 parties hydrophobes dans les boucles B et E o Séquences NPA (Asp, Pro, Arg) = rôle dans la sélectivité de Le monomère d’ aquaporine H20) Les domaines N et C terminal sont en intracellulaire canal indépendant centré par les 2 motifs NPA qui tapissent le milieu de la bicouche lipidique et qui permettent aux boucles E et B d’être rapprochées Canal sélectif (taille de 0,2 nm – taille H2O = 0,15 nm) grâce à cet étranglement complètement imperméable aux protons 4 monomères donc 4 possibilités de passage d’eau au niveau de la membrane Des anomalies d’expression des aquaporines ont des répercutions sur la permabilité à l’eau des membranes biologiques : Lors du vieillissement « normal » : perte de molécules donc moins efficace Pathologies Pathologies associées à ce vieillissement : o Mutations : aquaporine 2 (AQP2) è maladie rénale : diabète insipide : incapacité du rein à concentrer les urines, responsable donc d’une fuite hydrique = déshydratation o Auto-anticorps : contre aquaporine 4 (AQP4) è neuromyélite optique : maladie de Devic : atteinte de la moelle épinière et des nerfs optiques (similaire à la sclérose en plaque mais plus grave) 13  2. Des transports actifs (avec consommation d’énergie, avec perméases) : Permet aux cellules de conserver un milieu intérieur différent du milieu extérieur (cf concentrations ioniques) Ils nécessitent des transporteurs membranaires (perméases ou pompes) o Transport contre le gradient de concentration de l’élément transporté o Présents dans toutes les cellules, plus nombreux dans certains tissus (entérocytes, hépatocytes, …) qui font énormément d’échanges avec le milieu extérieur pour importer/exporter Ils nécessitent l’intervention d’une source d’énergie On distingue 2 groupes selon la source d’énergie : o 1 transport actif couplé à une ATPase = Pompes membranaires ATP-dépendantes qui demandent une source directe d’énergie pour fonctionner = perméases ou pompes ATPases membranaires § Les ATPases de type P (phosphorylantes) ou pompes cationiques § Les transporteurs ABC (ATP Binding Cassette) o 2 transports actif couplé à la dissolution d’un gradient : mouvement d’une substance contre son gradient électrochimique grâce à un cotransporteur (symport ou antiport) avec une autre substance dont le gradient est maintenu de façon active (le plus souvent Na+ est le co-transporteur) a. Transport actif couplé à une ATPase Les ATPases de type P ou pompes cationiques Les « pompes » cationiques sont responsables du maintien des gradients ioniques au travers de la membrane plasmique Ces protéines sont codées par un ensemble de 43 gènes Le gradient des différents ions et surtout le gradient Na+/K+ généré de part et d’autre de la membrane est essentiel au fonctionnement de la cellule. Il est impliqué dans diverses fonctions : Description o Régulation du pH (contant aux alentours de 7,4) o Régulation du volume cellulaire : en chassant les ions Na+ qui ont tendance à entrer dans la cellule, la pompe Na+/K+ tend aussi à abaisser la pression osmotique interne et à assurer un volume constant au hyaloplasme. En effet, lorsque des cellules animales sont traitées par de la ouabaïne (drogue connue pour supprimer le transport membranaire des ions Na+ et K+ par la pompe), le flux entrant d’eau augmente et elles ont tendance à gonfler (elles peuvent même éclater) o Transport de nutriments tels que le glucose et certains acides aminés (transports perméatifs actifs secondaire) o Transmission du signal dans la cellule nerveuse Protéines transmembranaires avec 1 ou plusieurs Caractéristiques communes sites de fixation pour l’ATP Sites de fixation pour l’ATP sur la face cytosolique par ces ATPases L’hydrolyse de l’ATP génère de l’énergie pour le transport contre le gradient Mécanisme : o Le ligand se fixe o Hydrolyse de l’ATP : l’ADP + fixation du phosphate sur la pompe o La phosphorylation induit un changement de conformation et permet à la molécule de passer contre son gradient de concentration 14  Localisée dans toutes les membranes biologiques Généralité Trois protéines liées (sous-unités (a, b, g) d’un poids moléculaire de 110 kDa : 40 kDa et 8 KDa) La sous-unité a porte l’activité ATPasique, fixe l’ATP et les ions Na+/ K+ Les sous-unités b et g vont agir comme sous-unités de structures de cette pompe 3 ions Na+ se lient (avec haute affinité) à la protéine dans son domaine intracellulaire Cette liaison stimule l’hydrolyse de l’ATP (lié à la pompe) et la phosphorylation de la pompe Cela induit un changement conformationnel qui permet d’exposer le site de liaison de sodium vers le domaine extracellulaire et de libérer les ions (perte d’affinité) à l’extérieur de la cellule Dans le même temps, des sites de liaison à haute affinité pour les 2 ions K+ sont exposés dans le domaine extracellulaire La liaison du potassium extracellulaire stimule la déphosphorylation de la pompe ce qui induit un second changement de conformation Ce changement expose le site de liaison de K+ vers le domaine intracellulaire (perte d’affinité) et Mécanisme libère les ions à l’intérieur de la cellule Exemple de la pompe Na+/ K+ ATPase è Maintien des concentrations cytosoliques faibles en Na+ et élevées en K+ Participe à l’établissement de la différence de potentiel transmembranaire Rôle fondamental dans la propagation des signaux électriques du nerf et du muscle Joue un rôle indirect dans le transfert actif d’autres molécules (symports). Contribue à l’ajustement de l’équilibre osmotique à maintien du volume cellulaire Maintien le gradient de concentration de Na+ et K+ de part et d’autre de la membrane : La Na+/ K+ ATPase consomme 25% de l’ATP cellulaire (8000 molécules/minute) L’activité de la pompe s’adapte aux demandes de l’organisme Dérégulation liée à des pathologies Fonctions 15  H+ ATPase des lysosomes et Le lysosome contient une cinquantaine enzymes différentes dont la plupart sont des protéases dépendantes du pH et qui agissent à un pH optimum endosomes acide de 5,5 Le pH des lysosomes et endosomes est régulé par l’H+ ATPase : une pompe est localisée dans la membrane de ces organites, qui fait entrer activement les protons dans ces vésicules et en acidifie le contenu (pH 5,5) La concentration en Ca2+ du RE est supérieur à celle du cytoplasme : sortie par un canal calcique Autres types – entrée par la Ca2+ ATPase Ca++ ATPase du réticulum endoplasmique Les calcium ATPases sont localisées aussi bien sur la membrane plasmique que sur la membrane du réticulum Quel que soit la localisation le transport est actif©, le calcium se déplace contre son gradient électrochimique : Sortie du calcium de la cellule Entrée du calcium dans la lumière du Réticulum Endoplasmique© 16  Les transporteurs ABC (ATP Binding Cassette) La plus grande famille de pompes ATPases© o La séquence ABC (environ 200 acides aminés) fixe et hydrolyse l’ATP o Chez tous les organismes vivants o Dans différentes membranes biologiques plasmiques ou Description membranes d’organites (externes et internes) o 1 site de liaison au substrat o 2 sites de liaison à l’ATP (énergie) : possibilité d’hydrolyser l’ATP pour phosphoryler les transporteurs ABC o Spécificité de chaque ATPase pour 1 ou quelques substrats Participent au relargage des molécules chez les eucaryotes© Alors que chez les procaryotes, les transporteurs ABC existent aussi mais peuvent jouer soit sur une entrée soit une sortie de molécule© Utilisent l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour exporter des molécules très variées (sucres, acides aminés, ions et aussi des produits chimiques toxiques) Caractéristiques Très exprimée dans certains organes et tissus impliqués dans les processus ADME (Absorption, Distribution, Métabolisme et Excrétion) comme le foie, le rein, les intestins, les barrières hémato-tissulaires Le premier transporteur qui a été découvert est la molécule MDR1 (Multigrug Resistance 1) ou glycoprotéine P (P-pg) puisqu’il a été démontré que l’on pouvait exporter des drogues grâce à ce transporteur 12 domaines transmembranaires (=TMD) N et C terminal sont en intracellulaire 2 domaines de fixation de l’ATP = NBD (Nucleotide Bonding Domain) Les domaines transmembranaires forment un pore et les domaines de liaison à l’ATP fixent et hydrolysent l’ATP pour entrainer le transport Structure Des cycles de liaison à l’ATP et d’hydrolyse en ADP permet l’ouverture du pore et la sortie des molécules 1) Fixation du ligand 2) Fixation de 2 ATP + Modification de la conformation et ouverture du pore libérant le ligand 3) Hydrolyse de l’ATP, libération ADP + Pi entrainant une 2eme modification de conformation Mécanisme 4) Retour à la conformation initiale 17  Structure très conservée Les MDR sont capables de transporter un grand nombre de drogues cytotoxiques et sont impliquées dans le rejet de drogues anticancéreuses Pompe d’efflux : o La plus ancienne identifiée (Julianet Ling, 1976) o La mieux caractérisée et étudiée Double fonction : o Évacuer les drogues o Excrétion : par les cellules de l’intestin, du foie, du rein o Protection : cerveau, placenta, testicules Implication dans le processus de résistance multiple aux médicaments anticancéreux Exemple des (Multi-Drug Resistance = MDR) protéines de MDR1 est fortement exprimée dans les cellules cancéreuses = les agents toxiques qui type MDR entrent dans la cellule pour la détruire sont rapidement transportés par les MDR à (Multi Drug l’extérieur de la cellule Resistance) = (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) = canal chlore Cl- situé au pôle apical des cellules épithéliales Ce canal provoque normalement une sortie de chlore des cellules épithéliales des bronches, ce qui joue secondairement sur les mouvements d’eau La sortie de chlore a pour conséquence de modifier la pression osmotique ce qui Exemple du entraine une sortie d’eau des cellules pour équilibrer CFTR Les patients atteint d’un CFTR défectueux sont atteints de mucoviscidose (mutation autosomique récessive) Deux conséquences : o Elle réduit l’expression membranaire du canal o Elle réduit sa conductance au Cl- (moins efficace) Chez les patients l’efflux de chlore est fortement diminué (moins de sortie d’eau) b. Transport actif couplé à la dissolution d’un gradient : Dans ce type de transport, 2 solutés différents© vont passer à travers le transporteur membranaire de manière simultanée = co-transport o Dans le même-sens, on parle alors de symport o Dans 2 sens opposés, on parle alors d’antiport Le transfert d’un des solutés dépend du transfert simultané d’un second soluté L’énergie nécessaire est fournie par la dissipation d’un gradient ionique, Na+ le plus souvent à Dans le sens de son gradient de concentration 18  Zoom sur le transport sodium-glucose Appartient à la famille de gènes SLC5A Plusieurs isoformes connus (SGLT1,SGLT2, …) Transporteur – SGLT pour Sodium Glucose Transporteur SGLT1 Se trouve en grande quantité dans la muqueuse intestinale et les tubules proximaux rénaux Gradient électrochimique de Na+ de la membrane apicale fournit l’énergie pour que le glucose extracellulaire soit acheminé dans la cellule épithéliale Passage de 2 ions Na+ pour une molécule de glucose dans le même sens = symport© Le transport du glucose est actif car contre son gradient de concentration© (plus de glucose à l’extérieur de la cellule) – Aidé par le transport passif des ions Na+ dans la cellule dans le sens de son gradient Fonctionnement de concentration Pour assurer un flux de sodium constant une pompe Na+/K+/ATPase est indispensable© Elle permet de maintenir la concentration du Na+ plus élevé à l’extérieur© de la cellule qu’à l’intérieure de celle-ci. De cette manière le sodium peut diffuser à travers la membrane en emmenant avec lui le glucose. Illustration Zoom sur le transport H+/Saccharose Description du Les ions H+ passent dans la cellule du fait de leur gradient de concentration. symport Ils amènent avec eux le saccharose ce qui permet ce symport. Pompe ATPase H+ permet d’expulser les ions H+ à l’extérieur de la cellule contre leur gradient de concentration Fonctionnement – Permet de maintenir la concentration extracellulaire en ions H+ toujours supérieure à la concentration intracellulaire – Maintien du flux permanent qui permet l’import du saccharose Illustration 19  Zoom sur le transport H+/Na+ Expulsion active d’ions H+ contre son gradient de concentration Les ions H+ sont fournis en permanence par le métabolisme cellulaire (catabolisme du glucose) Il est donc nécessaire que ces ions soient expulsés de la cellule afin de Description de maintenir un pH viable pour la cellule l’antiport – Pour un fonctionnement cellulaire optimum le pH cytosolique doit être compris en 7,2 et 7,4. L’énergie fournie par le flux de sodium qui suit son gradient de concentration (MEC à MIC) permet de faire sortir les ions H+ contre leur gradient Illustration 20  Transport intestinal du glucose par les entérocytes Cellules principales de l’absorption du glucose, des acides aminés, protéines … Jouent un rôle fondamental dans la barrière intestinale Fortement jointives les uns aux autres par des desmosomes et des jonctions serrées au niveau des parois latérales. Les jonctions serrées ont 3 fonctions : – Assure la cohésion cellulaire – Empêche le passage de molécules entre les cellules, mouvement appelé rétrodiffusion donc cela force le passage à travers la cellule. – Permet de maintenir une structure protéique complexe au niveau apical en empêchant la migration des protéines spécialisées au sein des membranes. On a une polarisation de la cellule avec un domaine membranaire spécifique du côté apical et basal. Par exemple les pompes Na+/K+ sont maintenues au niveau basolatéral. Les entérocytes Leur membrane apicale est riche en microvillosités – Augmente le nombre de protéine à la surface des membranes (transporteurs) – Augmente donc la surface d’absorption de la cellule Barrière intestinale maintenue par les jonctions serrées – Permet le passage à travers les entérocytes pour rejoindre les capillaires sanguins en aval = absorption transcellulaire via des mécanismes actifs ou facilités – Évite ainsi l’absorption paracellulaire (= entre les entérocytes) : eau et petites molécules (< 1 KDa) Domaine apical : au niveau des microvillosités et en contact avec l’extérieur Transport au Transport du glucose et du galactose couplé à celui du Na+ grâce au transporteur SGLT1 niveau apical – Transport actif du glucose grâce au co-transport de Na+ Le fructose passe dans l’entérocyte par diffusion facilitée grâce au transporteur GLUT 5 Domaine baso-latéral : en contact avec les cellules adjacente du côté de la membrane basale Le fructose, le glucose et le galactose passent dans le capillaire par diffusion facilitée (dans le sens du gradient de concentration) grâce au transporteur GLUT 2 Transport au L’hydrolyse de l’ATP© par une pompe Na+/K+ est nécessaire pour maintenir le gradient de niveau basal© Na+ – Passage de 3 ions Na+ vers l’extérieur© de la cellule pour 2 ions K+ qui passent dans la cellule Schématisation des transports au niveau des entérocytes © 21  Résumé des transports des solutés sans mouvements de la membrane Le transport passif par diffusion simple concerne les petites molécules lipophiles et non chargées – Leurs propriétés permettent leur dissolution dans la membrane pour franchir la bicouche lipidique – Mouvement selon le gradient de concentration© Intervention de transporteur© : perméases et canaux pour la diffusion facilitée – Reste sans utilisation d’énergie© donc passif – Mouvement selon le gradient de concentration© Transport actif – Contre le gradient de concentration – Couplé à une ATPase de type P ou les transporteurs ABC – Couplé à la dissolution d’un gradient (symport/ antiport) 22