Fiche de révision : Physiologie du transport membranaire

📋 Plan du Cours

1. Membrane et perméabilité sélective
2. Gradients et potentiel membranaire
3. Transports passif et actif
4. Forces et lois de déplacement
5. Canaux et transporteurs facilités
6. Pompes et co-transporteurs
7. Canaux dépendants du potentiel
8. Récepteurs et potentiel d’action
9. Potentiel d’action cardiaque
10. Calcium, pathologies et applications

📖 1. Membrane et perméabilité sélective

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane cellulaire : Bicouche lipidique qui forme une barrière sélective et crée des compartiments présentant des concentrations de solutés différentes.

📝 Points essentiels

• La perméabilité varie selon le soluté:
  • 1 pour les molécules hydrophobes comme O₂ et CO₂
  • 10⁻² pour les petites molécules non chargées comme H₂O et l’urée
  • 10⁻⁷ pour le glucose
  • inférieure ou égale à 10⁻¹² pour les ions

💡 Astuce mémo

Hydrophobe traverse, ion dépend d’un canal

📖 2. Gradients et potentiel membranaire

📝 Points essentiels

• Les concentrations extracellulaire et intracellulaire typiques sont respectivement de 140 et 15 mM pour Na⁺, de 5 et 150 mM pour K⁺, de 2 mM et 50–1000 nM pour Ca²⁺, et de 110 et 10 mM pour Cl⁻, cette dernière concentration étant variable.

📐 Formule — Le potentiel membranaire est défini par $V = V_{int} - V_{ext}$ et vaut classiquement -60 mV au repos, avec des valeurs possibles entre -20 et -80 mV.

• Les variations du potentiel membranaire sont:
  • dépolarisation : augmentation du potentiel par entrée de cations ou sortie d’anions
  • repolarisation : retour vers le potentiel de repos
  • hyperpolarisation : diminution sous le potentiel de repos par sortie de cations ou entrée d’anions

💡 Astuce mémo

Gradient ionique → potentiel membranaire → signal électrique

📖 3. Transports passif et actif

★ À maîtriser

📌 Le transport passif suit les gradients de concentration et électrique sans consommation d’énergie, tandis que le transport actif s’oppose aux forces physiques et nécessite une source d’énergie.

📌 Le transport actif primaire utilise l’hydrolyse de l’ATP par des pompes, tandis que le transport actif secondaire utilise le gradient électrochimique d’un autre soluté établi par une pompe.

Compléments

• Les canaux passifs ne sont pas saturables, les transporteurs passifs sont saturables, et les pompes ainsi que les co-transporteurs actifs sont saturables et produisent un gradient.

💡 Astuce mémo

Passif suit le gradient, actif le remonte

📖 4. Forces et lois de déplacement

★ À maîtriser

• Les quatre origines du déplacement moléculaire sont l’agitation thermique, la diffusion due au gradient de concentration, la migration électrique due au gradient électrique et la convection due au gradient de pression.

📐 Formule — La première loi de Fick donne le flux diffusif $J_d = -D S' \frac{dC}{dx}$, orienté du compartiment le plus concentré vers le moins concentré.

Compléments

📐 Formule — Le coefficient de diffusion vérifie $D = \frac{kT}{6\pi\eta r}$, de sorte qu’une masse ou un rayon moléculaire plus élevé diminue la diffusion.

📐 Formule — La migration électrique vérifie $J_e = -z F b S' \frac{dV}{dx}$, les cations migrant vers les potentiels décroissants et les anions vers les potentiels croissants.

📖 5. Canaux et transporteurs facilités

📝 Points essentiels

📐 Formule — La conductance d’un canal vérifie $g = \frac{1}{R} = N_b \gamma P_o$, où elle dépend du nombre de canaux, de leur conductance élémentaire et de leur probabilité d’ouverture.

📐 Formule — Le courant ionique est donné par $I = g(V_{exp} - V_{eq})$ et l’ouverture d’un canal tend à ramener le potentiel membranaire vers le potentiel d’équilibre de l’ion.

📐 Formule — L’équation de Nernst est $V_{eq} = \frac{RT}{zF}\ln\left(\frac{[ion]_{ext}}{[ion]_{int}}\right)$, avec $RT/F = 26{,}71\,mV$.

• Les potentiels d’équilibre typiques sont:
  • K⁺ : -90 mV
  • Na⁺ : +60 mV
  • Cl⁻ : environ -64 mV selon sa concentration

📌 Les canaux forment des pores et ne sont pas saturables, tandis que les transporteurs facilitent le passage par un mécanisme saturable caractérisé par Vmax et Km.

💡 Astuce mémo

Ouverture du canal → courant → potentiel tend vers l’équilibre ionique

📖 6. Pompes et co-transporteurs

★ À maîtriser

• La Na/K ATPase expulse 3 Na⁺ et fait entrer 2 K⁺, maintient le potentiel de repos, consomme environ un tiers de la dépense énergétique cellulaire et exerce un effet hyperpolarisant.

📌 Un symport transporte deux solutés dans le même sens, comme le symport Na⁺/glucose, tandis qu’un antiport les échange en sens opposés, comme les échangeurs Na⁺/H⁺ et Na⁺/Ca²⁺.

• 🔄 L’absorption intestinale du glucose suit trois étapes:
  1. entrée apicale du glucose par le symport Na⁺/glucose SGLT1
  2. maintien du gradient de Na⁺ par la Na/K ATPase basolatérale
  3. sortie basolatérale du glucose par GLUT2

Compléments

• La H/K ATPase expulse 1 H⁺ et fait entrer 1 K⁺ pour participer à la formation de l’acide chlorhydrique gastrique, tandis que les Ca-ATPases PMCA et SERCA diminuent le calcium cytosolique.

💡 Astuce mémo

Pompe → gradient → co-transport

📖 7. Canaux dépendants du potentiel

★ À maîtriser

📌 Les canaux dépendants du potentiel possèdent les états fermé, ouvert et inactivé ; seul l’état ouvert laisse passer les ions, et l’état inactivé ne peut revenir à l’état fermé qu’après arrêt du stimulus.

• Les canaux Kv sont des tétramères dont le filtre à quatre oxygènes sélectionne K⁺ ; leur ouverture provoque un efflux de K⁺ et une repolarisation ou une hyperpolarisation.

• Les canaux Nav sont des monomères à quatre domaines, chacun comportant six segments, et leur ouverture provoque un influx de Na⁺ responsable de la dépolarisation.

Compléments

• Les canaux Cav comprennent une sous-unité α1 organisée en quatre domaines avec des sous-unités auxiliaires et provoquent un influx de Ca²⁺ responsable d’une dépolarisation et d’un signal calcique.

💡 Astuce mémo

Nav dépolarise, Kv repolarise, Cav signale le calcium

📖 8. Récepteurs et potentiel d’action

★ À maîtriser

📌 Un récepteur ionotropique ouvre directement un canal lors de la fixation de l’agoniste, tandis qu’un récepteur métabotropique déclenche une signalisation indirecte, notamment par protéine G, sans constituer lui-même un canal.

• Le récepteur nicotinique provoque une dépolarisation, tandis que le récepteur GABA-A provoque une hyperpolarisation par influx de Cl⁻ ; le récepteur muscarinique est métabotropique.

• Un potentiel d’action naît lorsque la sommation spatiale et temporelle des potentiels postsynaptiques au cône axonique dépasse le seuil liminaire d’environ -50 mV.

📌 Le potentiel d’action obéit à la loi du tout ou rien : une fois le seuil dépassé, il est stéréotypé quelle que soit l’intensité du stimulus.

• 🔄 Les phases du potentiel d’action neuronal sont: dépolarisation rapide par influx de Na⁺, avec PNa = 30×PK, repolarisation par efflux de K⁺ et inactivation de Nav, avec PK > PNa, hyperpolarisation avec PK > 50×PNa, retour lent au repos par fermeture des Kv et action de la Na/K ATPase

Compléments

• L’acétylcholine provoque une dépolarisation par entrée de Na⁺, le glutamate une dépolarisation par Na⁺, K⁺ et Ca²⁺ via AMPA et NMDA, et le GABA une hyperpolarisation par Cl⁻.

💡 Astuce mémo

Stimulus → sommation → seuil → potentiel d’action

📖 9. Potentiel d’action cardiaque

📝 Points essentiels

• Le potentiel d’action d’un myocyte ventriculaire comprend une phase 0 de dépolarisation rapide par Na⁺, une phase 1 de repolarisation transitoire par K⁺, une phase 2 de plateau par entrée de Ca²⁺, une phase 3 de repolarisation par K⁺ et une phase 4 de repos.

• Le plateau calcique de la phase 2 permet l’entrée de Ca²⁺, qui déclenche la contraction cardiaque via le récepteur à la ryanodine RYR-2 du réticulum.

💡 Astuce mémo

0 Na⁺, 1 K⁺, 2 Ca²⁺, 3 K⁺, 4 repos

📖 10. Calcium, pathologies et applications

★ À maîtriser

📐 Formule — L’équation de Goldman donne $V_m = \frac{RT}{F}\ln\left(\frac{P_K[K]_{ext}+P_{Na}[Na]_{ext}+P_{Cl}[Cl]_{int}}{P_K[K]_{int}+P_{Na}[Na]_{int}+P_{Cl}[Cl]_{ext}}\right)$.

• Le potassium est le principal déterminant du potentiel de repos parce que sa perméabilité est élevée, tandis que la Na/K ATPase maintient ce potentiel dans le temps.

• Dans la mucoviscidose, la mutation de CFTR, un canal Cl⁻, entraîne une perte d’inhibition d’un canal Na⁺, une entrée de Na⁺ et d’eau et la formation d’un mucus visqueux.

• Le syndrome du QT long résulte de canaux K⁺ ou Na⁺ anormaux qui retardent la repolarisation et peuvent provoquer des torsades de pointes ou une mort subite, avec une fréquence indiquée de 1/5000.

• La tétrodotoxine bloque les canaux Nav et provoque une paralysie, tandis que la batrachotoxine maintient les canaux Nav ouverts en permanence.

• Le patch-clamp utilise une micropipette collée à la membrane pour mesurer soit le courant unitaire d’un canal en configuration cellule attachée, soit le courant global en configuration cellule entière.

Compléments

• Les mécanismes qui augmentent le calcium cytosolique sont:

  • canal Cav
  • canal sensible à l’étirement
  • récepteur-canal au glutamate
  • échangeur Na⁺/Ca²⁺ en mode inverse
  • récepteur à la ryanodine

• La concentration cytosolique de Ca²⁺ diminue par PMCA, échangeur Na⁺/Ca²⁺, SERCA, uniport mitochondrial et protéines chélatrices.

• Les antagonistes calciques bloquent les canaux Ca²⁺ dépendants du potentiel et provoquent une relaxation vasculaire utilisée dans le traitement de l’hypertension artérielle.

💡 Astuce mémo

Canal dérégulé → flux anormal → maladie ou cible thérapeutique

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des transports membranaires