Fiche de révision : Physiologie cellulaire et transports membranaires

📋 Plan du Cours

1. Organisation du vivant et homéostasie
2. Cellules procaryotes et eucaryotes
3. Compartimentation et cytosquelette
4. Eau, électrolytes et osmose
5. Compartiments liquidiens corporels
6. Gradients ioniques et homéostasie
7. Structure de la membrane plasmique
8. Diffusion et transports passifs
9. Transports actifs et pompe Na⁺/K⁺
10. Transport vésiculaire

📖 1. Organisation du vivant et homéostasie

🔑 Notions clés & Définitions

• Physiologie : Étude du rôle, du fonctionnement et de l’organisation mécanique, physique et biochimique des organismes vivants et de leurs composants.
• Cellule : Unité fonctionnelle et structurale de base douée de vie.
• Homéostasie : Maintien de constantes caractéristiques du milieu intérieur malgré les perturbations internes et externes.

📝 Points essentiels

• L’organisation de la matière vivante suit l’ordre suivant:
  • atome
  • molécule
  • macromolécule
  • organite
  • cellule
  • tissu
  • organe
  • système
  • organisme

💡 Astuce mémo

Atome → molécule → organite → cellule → tissu → organe → système → organisme

📖 2. Cellules procaryotes et eucaryotes

★ À maîtriser

📌 Les procaryotes sont généralement unicellulaires, petits, non compartimentés et dépourvus de noyau, tandis que les eucaryotes sont souvent pluricellulaires, plus grands et compartimentés par un noyau et d’autres organites membranaires.

• Chez les procaryotes, l’ADN est circulaire et situé dans une région nucléoïde, tandis que chez les eucaryotes l’ADN chromosomique est linéaire et associé à des histones pour former la chromatine.

• 🔄 La fission binaire procaryote comprend:

  1. la réplication du chromosome circulaire
  2. la séparation des deux chromosomes
  3. l’étranglement de la membrane
  4. la séparation en deux cellules filles

📌 Les eucaryotes se divisent par mitose ou méiose et peuvent avoir une reproduction asexuée ou sexuée, tandis que les procaryotes se divisent par fission binaire et se reproduisent toujours de manière asexuée.

Compléments

• Les procaryotes possèdent de petits ribosomes 70S, tandis que les eucaryotes possèdent de grands ribosomes 80S.

💡 Astuce mémo

Procaryote sans noyau, eucaryote compartimenté par un noyau

📖 3. Compartimentation et cytosquelette

🔑 Notions clés & Définitions

• Compartimentation : Organisation de la cellule en compartiments membranaires contenant des organites spécialisés dans des fonctions différentes.

★ À maîtriser

📌 La compartimentation augmente la surface membranaire et concentre des métabolites et des enzymes dans des compartiments où certaines réactions sont favorisées.

Compléments

📌 La compartimentation permet d’isoler des réactions concurrentes ou incompatibles afin qu’elles se déroulent simultanément dans des compartiments différents.

• Le cytosquelette participe à la structure de la cellule et de sa membrane, au transport vésiculaire, au mouvement cellulaire, à la phagocytose et à la répartition des chromosomes lors de la division cellulaire.

💡 Astuce mémo

Compartimentation → réactions spécialisées et incompatibles séparées

📖 4. Eau, électrolytes et osmose

🔑 Notions clés & Définitions

• Électrolytes : Substances pouvant former des cristaux contenant des ions chargés électriquement, que la polarité de l’eau permet de dissoudre.
• Diffusion : Mouvement passif des solutés d’une région de forte concentration vers une région de faible concentration, suivant un gradient descendant.
• Osmose : Déplacement de l’eau à travers une membrane semi-perméable qui laisse passer l’eau mais pas les solutés, vers le compartiment le plus concentré en solutés.
• Osmolarité : Nombre d’osmoles contenues dans un litre de solution, une osmole correspondant à une mole de particules osmotiquement actives.

📝 Points essentiels

• Les principaux ions de l’organisme sont:
  • K⁺
  • Na⁺
  • Cl⁻
  • Ca²⁺
  • Mg²⁺

📌 Une solution isotonique a la même concentration efficace en solutés à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule, une solution hypotonique est moins concentrée à l’extérieur et une solution hypertonique est plus concentrée à l’extérieur.

💡 Astuce mémo

Diffusion : solutés vers le moins concentré ; osmose : eau vers le plus concentré en solutés

📖 5. Compartiments liquidiens corporels

★ À maîtriser

• Le liquide intracellulaire représente environ 2/3 de l’eau corporelle totale et est riche en K⁺, tandis que le liquide extracellulaire représente environ 1/3 de l’eau corporelle totale et est riche en Na⁺.

Compléments

• Le liquide extracellulaire comprend principalement le plasma et le liquide interstitiel, lequel représente environ 75 % du liquide extracellulaire contre 25 % pour le plasma.

• Le plasma est la fraction liquide et acellulaire du sang, tandis que le liquide interstitiel a une composition semblable au plasma avec quelques différences.

💡 Astuce mémo

LIC riche en K⁺, LEC riche en Na⁺

📖 6. Gradients ioniques et homéostasie

★ À maîtriser

📌 La concentration de Na⁺ est plus élevée dans le milieu extracellulaire que dans le milieu intracellulaire, tandis que la concentration de K⁺ est plus élevée dans le milieu intracellulaire que dans le milieu extracellulaire.

📌 Une hyperkaliémie diminue le gradient de K⁺, peut provoquer un dysfonctionnement cellulaire et cardiaque, et une augmentation importante de la concentration plasmatique en K⁺ peut entraîner un arrêt cardiaque.

Compléments

• Dans le liquide extracellulaire, les concentrations sont de 142 mEq/L pour Na⁺, 103 mEq/L pour Cl⁻, 2,4 mEq/L pour Ca²⁺ et 4 mEq/L pour K⁺, avec un pH de 7,4.

• Dans le liquide intracellulaire, les concentrations sont de 10 mEq/L pour Na⁺, 4 mEq/L pour Cl⁻, 0,0001 mEq/L pour Ca²⁺ et 140 mEq/L pour K⁺, avec un pH de 7.

💡 Astuce mémo

Déséquilibre ionique → gradient modifié → dysfonctionnement cellulaire

📖 7. Structure de la membrane plasmique

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Bicouche lipidique contenant des protéines et des glucides qui contrôle les échanges entre la cellule et son environnement.
• Phospholipide : Molécule amphipathique possédant une tête hydrophile et des queues hydrophobes, qui s’auto-assemble en bicouche dans un milieu aqueux.
• Mosaïque fluide : S.J. Singer y G. Nicolson, 1972 — Modèle décrivant les membranes biologiques comme des structures fluides et asymétriques composées d’une mosaïque de lipides et de protéines mobiles latéralement.

★ À maîtriser

• Les lipides membranaires comprennent environ 60 % de phospholipides, 20 % de cholestérol et 20 % de glycolipides.

• Les glucides membranaires sont localisés sur la face extracellulaire et participent à la protection, à la reconnaissance, à l’adhésion et à l’identité cellulaire.

Compléments

• La membrane plasmique contient environ 40 à 50 % de lipides, 40 à 50 % de protéines et 1 à 10 % de glucides.

💡 Astuce mémo

Une mosaïque fluide de lipides, protéines et glucides

📖 8. Diffusion et transports passifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Diffusion simple : Passage passif et non spécifique de petites molécules, notamment O₂, CO₂, l’éthanol et certains médicaments liposolubles, directement à travers la bicouche lipidique.
• Diffusion facilitée : Passage passif de molécules polaires ou chargées à travers des protéines membranaires, suivant leur gradient électrochimique sans apport d’énergie.

📝 Points essentiels

• 🔄 Une protéine transporteuse:
  1. fixe spécifiquement une molécule
  2. change de conformation
  3. libère la molécule sur la face opposée
  4. revient à son état initial

📌 La diffusion simple présente une relation linéaire entre la vitesse et la concentration, tandis que la diffusion facilitée présente une cinétique hyperbolique liée à la saturation des transporteurs.

💡 Astuce mémo

Diffusion simple : non spécifique et non saturable ; diffusion facilitée : spécifique et saturable

📖 9. Transports actifs et pompe Na⁺/K⁺

🔑 Notions clés & Définitions

• Transport actif : Déplacement contre le gradient électrochimique qui nécessite un apport d’énergie et constitue un phénomène endergonique.

★ À maîtriser

📌 Le transport actif primaire utilise directement l’hydrolyse de l’ATP, tandis que le transport actif secondaire utilise l’énergie stockée dans le gradient créé par un transport actif primaire.

📌 La pompe Na⁺/K⁺ hydrolyse une molécule d’ATP par cycle pour expulser 3 Na⁺ vers le milieu extracellulaire et faire entrer 2 K⁺ dans la cellule.

• La pompe Na⁺/K⁺ réalise environ 100 cycles par seconde et contribue aux gradients ioniques, à l’équilibre osmotique cellulaire et à l’énergie des transports actifs secondaires.

Compléments

• Dans les cellules bordant l’intestin, l’entrée du glucose contre son gradient est entraînée par le retour du Na⁺ suivant son gradient électrochimique.

💡 Astuce mémo

3 Na⁺ sortent, 2 K⁺ entrent, 1 ATP est hydrolysée

📖 10. Transport vésiculaire

★ À maîtriser

📌 L’endocytose fait entrer des substances par invagination de la membrane plasmique, tandis que l’exocytose libère des substances par fusion de vésicules avec la membrane plasmique.

📌 La pinocytose capture de manière aspécifique des liquides et des substances dissoutes, tandis que la phagocytose capture spécifiquement de grosses particules comme des bactéries, des cellules mortes, des parasites ou des antigènes.

• 🔄 L’endocytose médiée par un récepteur implique: la fixation spécifique d’un ligand à son récepteur, la formation d’une vésicule d’endocytose, la fusion de la vésicule avec des endosomes

📌 L’exocytose constitutive libère continuellement des composants membranaires et des protéines nouvellement synthétisées, tandis que l’exocytose déclenchée nécessite un signal, notamment le Ca²⁺, pour provoquer la fusion des vésicules.

Compléments

• La phagocytose forme un phagosome qui fusionne avec des lysosomes pour constituer un phagolysosome dans lequel les enzymes lysosomales dégradent le matériel ingéré.

💡 Astuce mémo

Endocytose : entrée par invagination ; exocytose : sortie par fusion

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des cellules procaryotes et eucaryotes

Principaux transports membranaires