Fiche de révision : Transport membranaire des petites molécules

📋 Plan du Cours

1. Structure et fonctions membranaires
2. Perméabilité et diffusion simple
3. Transporteurs passifs et affinité
4. Canaux ioniques et gradients
5. Pompes ATPases et transport actif
6. Cotransporteurs et perméases
7. Potentiel membranaire et pompe sodium-potassium
8. Transport de l’eau et aquaporines
9. Transport du chlore et résistance médicamenteuse
10. Canaux excitables et sensoriels

📖 1. Structure et fonctions membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Membrane plasmique : Bicouche phospholipidique comprenant des protéines transmembranaires, des lipides et des glucides.

★ À maîtriser

• La membrane contrôle les échanges entre le cytoplasme, le milieu extracellulaire et la lumière des organites.

• Les transporteurs membranaires assurent trois fonctions:

  • Approvisionnement en métabolites
  • Élimination des déchets métaboliques
  • Maintien des concentrations ioniques

Compléments

• La composition ionique diffère entre le cytoplasme et le milieu extracellulaire, notamment pour le pH, le sodium et le potassium.

📖 2. Perméabilité et diffusion simple

🔑 Notions clés & Définitions

• Perméabilité membranaire : Capacité d’une molécule à traverser la membrane cellulaire.
• Coefficient de partition : Mesure la capacité d’une molécule à se dissoudre dans un milieu.

★ À maîtriser

• En 1902, Overton conclut que la membrane est hydrophobe et constituée de lipides, et qu’une molécule plus petite traverse plus facilement la membrane.

• La diffusion simple permet à une molécule suffisamment lipophile de traverser librement la membrane selon son gradient de concentration.

Compléments

• Collander observe en 1931 que le méthanol traverse davantage que prévu malgré un coefficient huile-eau équivalent, ce qui suggère l’existence de moyens permettant à certaines grosses molécules de traverser la membrane.

• Les gaz respiratoires O2, CO2 et N2 ainsi que les hormones stéroïdes traversent la membrane par diffusion simple.

💡 Astuce mémo

Lipophilie élevée → traversée libre selon le gradient

📖 3. Transporteurs passifs et affinité

🔑 Notions clés & Définitions

• Km : Le Km est la concentration en soluté nécessaire pour atteindre la moitié de la vitesse maximale du transporteur et mesure son affinité pour le soluté.

★ À maîtriser

📌 Les porines transportent diverses molécules dans le sens du gradient, tandis que les canaux ioniques transportent uniquement des ions selon leur gradient électrochimique.

• Les porines et les canaux ioniques sont des protéines tunnels qui permettent un transport passif sans dépense d’énergie.

Compléments

• GLUT1 est un transporteur érythrocytaire du glucose qui illustre la spécificité des transporteurs membranaires.

💡 Astuce mémo

Porines et canaux : tunnels ; perméases : changement de conformation

📖 4. Canaux ioniques et gradients

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient électrochimique : Résulte de la combinaison du gradient de concentration et du gradient électrique qui s’exercent sur un ion.

★ À maîtriser

• Les canaux ioniques peuvent s’ouvrir en réponse à une variation du potentiel de membrane, à la fixation d’un ligand ou à une contrainte mécanique.

• Pour le potassium, le gradient de concentration favorise la sortie de la cellule, tandis que le gradient électrique favorise son entrée ; le flux net est sortant lorsque le gradient de concentration domine.

Compléments

• Dans un canal potassique bactérien, quatre sous-unités forment une porte, un vestibule aqueux et un filtre de sélectivité qui laisse passer le potassium mais pas le sodium.

💡 Astuce mémo

Voltage, ligand, mécanique : trois modes d’ouverture

📖 5. Pompes ATPases et transport actif

★ À maîtriser

📌 Le transport actif primaire utilise directement l’énergie de l’ATP contre le gradient, tandis que le transport actif secondaire utilise l’énergie d’un gradient ionique fourni par un cotransporteur.

• Les pompes ATPases hydrolysent l’ATP, transfèrent un phosphate sur un résidu aspartate de la protéine, puis provoquent un changement de conformation permettant le transport.

• La pompe SERCA transporte deux ions calcium vers le réticulum sarcoplasmique pour un ATP hydrolysé et représente 90 % des protéines de la membrane de ce réticulum.

Compléments

• Les ATPases comprennent les pompes P, les pompes V des vacuoles et lysosomes, les pompes F des procaryotes, chloroplastes et mitochondries, ainsi que les pompes ABC.

💡 Astuce mémo

ATP → phosphorylation → changement de conformation → transport

📖 6. Cotransporteurs et perméases

★ À maîtriser

📌 Un symport transporte deux solutés dans le même sens, tandis qu’un antiport les transporte dans des sens opposés.

• Le cotransport utilise le gradient d’un ion, souvent le sodium, pour permettre à une autre molécule de traverser contre son gradient sans consommation directe d’ATP.

• SGLT1 absorbe le glucose intestinal en cotransportant deux ions sodium pour un glucose.

Compléments

• Les cotransporteurs NIS, NKCC, NCC, KCC, GAT, MCT, PepT et NBC assurent respectivement des transports de sodium-iode, d’ions rénaux, de GABA, de monocarboxylates, de peptides et de bicarbonate avec le sodium.

💡 Astuce mémo

Symport : même sens ; antiport : sens opposés

📖 7. Potentiel membranaire et pompe sodium-potassium

★ À maîtriser

• La pompe Na+/K+ échange trois ions sodium extracellulaires contre deux ions potassium intracellulaires grâce à l’hydrolyse d’un ATP.

• La pompe Na+/K+ maintient le potentiel de membrane sans le générer directement, tandis que les canaux de fuite permettent notamment la sortie du potassium.

Compléments

• La pompe Na+/K+ utilise 30 % de l’énergie quotidienne de l’organisme et jusqu’à 50 % dans le cerveau.

📌 L’ouabaïne inhibe la pompe Na+/K+ et provoque progressivement la disparition du potentiel de membrane.

💡 Astuce mémo

Fuite de K+ → séparation des charges → potentiel membranaire

📖 8. Transport de l’eau et aquaporines

🔑 Notions clés & Définitions

• Aquaporine : Peter Agre — Protéine tétramérique dont chaque sous-unité comporte six hélices et un canal sélectif de l’eau.

★ À maîtriser

• La vasopressine se fixe au récepteur V2 et provoque le transfert des aquaporines 2 des vésicules vers la membrane rénale, ce qui augmente la réabsorption de l’eau.

Compléments

• Une aquaporine transporte environ un milliard de molécules d’eau par seconde, et un érythrocyte possède environ 200 000 aquaporines 1.

📌 Un milieu hypotonique provoque l’hémolyse de l’hématie, tandis qu’un milieu hypertonique provoque son ratatinement.

💡 Astuce mémo

Vasopressine → insertion d’AQP2 → réabsorption d’eau

📖 9. Transport du chlore et résistance médicamenteuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Canal CFTR : Canal chlorure de la famille ABC qui transporte Cl− selon son gradient électrochimique, l’ATP servant principalement à son ouverture.
• Protéines MDR : Transporteurs ABC qui expulsent de nombreux composés toxiques et médicaments hors des cellules.

📝 Points essentiels

• Dans la mucoviscidose, la mutation la plus fréquente dans les populations caucasiennes est la délétion de la phénylalanine 508, qui altère le repliement et l’expression membranaire de CFTR.

• 🔄 Le défaut de CFTR entraîne:

  1. Réduction du transport du chlorure
  2. Épaississement du mucus
  3. Favorisation des infections
  4. Déficit respiratoire

💡 Astuce mémo

CFTR laisse passer Cl− ; MDR expulse les médicaments

📖 10. Canaux excitables et sensoriels

★ À maîtriser

• Le canal sodique voltage-dépendant neuronal et musculaire possède quatre domaines transmembranaires, chacun comportant six segments transmembranaires, qui forment un canal central.

• À la synapse neuromusculaire, la fixation de l’acétylcholine sur le récepteur nicotinique provoque une rotation de la protéine qui ouvre un passage aux ions sodium.

Compléments

• Le canal sodique filtre environ 10 000 ions sodium en une milliseconde.

• Les récepteurs mécanosensibles des cellules ciliées de la cochlée s’ouvrent sous l’effet de l’étirement ou des vibrations sonores.

📊 Tableaux de synthèse

Principaux modes de transport

Types de canaux ioniques