Fiche de révision : Transports membranaires

📋 Plan du Cours

1. Perméabilité et gradients membranaires
2. Diffusions simple et facilitée
3. Osmose et mouvements de l’eau
4. Transport actif des molécules
5. Canaux membranaires et potentiel d’action
6. Pompes membranaires
7. Les transporteurs membranaires
8. Transport des molécules complexes

📖 1. Perméabilité et gradients membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Gradient de concentration : Différence de concentration d’une substance entre les deux côtés de la membrane.
• Potentiel de membrane : Différence de charges électriques entre les deux faces de la membrane, créée par la répartition inégale des ions et la perméabilité sélective de celle-ci.

★ À maîtriser

• La membrane cellulaire sépare le milieu extérieur du cytoplasme tout en permettant à la cellule de prélever des nutriments et de rejeter des produits de dégradation inutiles ou toxiques.

• Lorsqu’une membrane est perméable à un ion, celui-ci tend à se déplacer du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré jusqu’à l’équilibre des concentrations.

Compléments

• Au repos, la face cytosolique de la membrane est plus négative que sa face extracellulaire.

• Les concentrations intracellulaires sont de 5–15 mM pour Na⁺, 145 mM pour K⁺, 0,5 mM pour Mg²⁺, 0,0001 mM pour Ca²⁺ et 5–15 mM pour Cl⁻.

• Les concentrations extracellulaires sont de 145 mM pour Na⁺, 5 mM pour K⁺, 1–2 mM pour Mg²⁺, 1–2 mM pour Ca²⁺ et 110 mM pour Cl⁻.

• Le déplacement d’un ion dans le sens de son gradient peut libérer une énergie utilisable par la cellule.

📖 2. Diffusions simple et facilitée

🔑 Notions clés & Définitions

• Diffusion simple : Passage d’une molécule à travers la membrane selon son gradient de concentration, sans perméase ni consommation d’énergie.

• Diffusion facilitée : Passage d’une molécule selon son gradient de concentration, sans consommation d’énergie, grâce à une perméase.

★ À maîtriser

• La vitesse de diffusion simple augmente avec le gradient de concentration et l’hydrophobicité de la molécule, et diminue lorsque sa taille augmente.

📌 La diffusion facilitée est saturable lorsque tous les transporteurs sont occupés, tandis que la diffusion simple ne l’est pas.

Compléments

• La diffusion simple concerne notamment : les gaz respiratoires O₂ et CO₂, le gaz N₂, les molécules hydrophobes comme les hormones stéroïdiennes et thyroïdiennes, l’éthanol, le glycérol, l’urée, les vitamines liposolubles ADEK, l’eau, dans certaines limites

• La diffusion facilitée concerne notamment :

  • l’eau en grande quantité
  • le glucose et les autres oses
  • les ions
  • les acides aminés
  • les nucléotides

• La vitesse de transport par diffusion simple est inférieure à celle de la diffusion facilitée.

💡 Astuce mémo

La diffusion simple traverse la membrane ; la diffusion facilitée passe par un transporteur.

📖 3. Osmose et mouvements de l’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Osmose : Diffusion facilitée de l’eau à travers une membrane semi-perméable.
• Milieu isotonique : Milieu présentant la même concentration en solutés et la même pression osmotique que l’autre compartiment, ce qui stabilise les mouvements d’eau à travers la membrane semi-perméable.
• Aquaporine : Porine membranaire, ou canal hydrique, qui permet le passage d’une grande quantité d’eau.

★ À maîtriser

• Lors de l’osmose, l’eau se déplace du milieu hypotonique, le moins concentré en solutés, vers le milieu hypertonique, le plus concentré en solutés, afin de tendre vers l’équilibre des concentrations.

Compléments

• Les aquaporines sont présentes dans :

  • les cellules rénales
  • les cellules des glandes lacrymales
  • les globules rouges

• Dans un milieu hypertonique, les globules rouges perdent de l’eau et subissent une crénation : ils deviennent crénelés.

• Dans un milieu hypotonique, les globules rouges gagnent de l’eau et subissent une turgescence pouvant aller jusqu’à l’éclatement, appelé hémolyse.

📌 Une perfusion doit utiliser une solution isotonique, comme le sérum physiologique.

• Une présence plus ou moins importante d’aquaporines dans le canal collecteur régule la rétention d’eau, sous contrôle hormonal de l’ADH ou vasopressine.

💡 Astuce mémo

L’eau quitte le milieu hypotonique pour rejoindre le milieu hypertonique.

📖 4. Transport actif des molécules

🔑 Notions clés & Définitions

• Transport actif : Déplacement d’une substance contre son gradient de concentration en consommant de l’énergie, généralement issue de l’hydrolyse de l’ATP ou du couplage avec d’autres protéines.

📝 Points essentiels

• Le transport actif est plus lent que le transport passif.

• Les transports vésiculaires comprennent l’endocytose et l’exocytose et concernent les molécules complexes.

📖 5. Canaux membranaires et potentiel d’action

🔑 Notions clés & Définitions

• Canal membranaire : Protéine transmembranaire qui ouvre un passage sélectif permettant le transport passif de substances selon leur gradient de concentration.
• Potentiel d’action : Inversion très brève du potentiel de membrane due à l’activité de canaux ioniques présents dans la membrane des neurones.

★ À maîtriser

• Lors d’un potentiel d’action, l’atteinte du seuil ouvre les canaux Na⁺ voltage-dépendants et provoque l’entrée de Na⁺ et la dépolarisation, puis la dépolarisation ouvre les canaux K⁺ et provoque la sortie de K⁺ et la repolarisation, tandis que la fermeture lente des canaux K⁺ entraîne une hyperpolarisation avant le retour au potentiel de repos à mesure que ces canaux se ferment ; la pompe Na⁺/K⁺ maintient les gradients ioniques.

Compléments

• Les canaux membranaires constituent le système le plus rapide pour faire traverser des substances à travers la membrane.

• Les canaux ioniques proprement dits sont très sélectifs et peuvent laisser passer 10⁶ ions par seconde.

• Les canaux membranaires comprennent : les canaux de fuite, toujours ouverts, les canaux ligand-dépendants, activés par un ligand comme une hormone ou un neurotransmetteur, les canaux voltage-dépendants, soumis au potentiel membranaire

• Les porines permettent la diffusion de molécules hydrophiles à travers la membrane mitochondriale, celle du chloroplaste ou la membrane externe des bactéries Gram négatif.

• Le dysfonctionnement des canaux peut être responsable de pathologies :

  • musculaires
  • cardiaques
  • cérébrales
  • nerveuses

• Les potentiels post-synaptiques excitateurs et inhibiteurs se somment au niveau dendritique avant que le seuil puisse être atteint.

💡 Astuce mémo

Na⁺ entre et dépolarise, K⁺ sort et repolarise, puis la pompe rétablit le repos.

📖 6. Pompes membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Pompe membranaire : Protéine transmembranaire qui déplace activement des ions ou des molécules, notamment le glucose, contre leur gradient de concentration grâce à de l’énergie.

★ À maîtriser

• La pompe H+/K+ ATPase échange un ion H+ contre un ion K+ dans le sens opposé, chacun contre son gradient, sans modifier la polarisation cellulaire.

• Après la prise alimentaire, l’histamine, la gastrine et l’acétylcholine activent des kinases, qui activent la pompe H+/K+ ATPase et provoquent la libération de H+ dans la lumière gastrique.

• La pompe Na+/K+ ATPase hydrolyse de l’ATP pour faire sortir 3 ions Na+ et entrer 2 ions K+ contre leurs gradients de concentration, ce qui rend la pompe électrogène.

• La pompe Na+/K+ maintient les gradients de Na+ et de K+ ainsi que le potentiel de repos membranaire, et le gradient électrochimique créé fournit une source d’énergie au transport actif secondaire.

Compléments

• Une pompe dont l’énergie provient de l’hydrolyse de l’ATP est une ATPase.

• Les pompes à H⁺ acidifient certains organites acides, notamment les endosomes et les lysosomes.

• Dans la membrane interne de la mitochondrie, les pompes à H⁺ participent à la chaîne respiratoire et créent un gradient de protons nécessaire à la production d’ATP par l’ATP synthase.

• La pompe Ca²⁺-H⁺ ATPase expulse le Ca²⁺ afin de maintenir une faible concentration cytosolique.

• La pompe H+/K+ ATPase est présente dans le côlon et le rein, et surtout dans l’estomac où elle contribue à une acidité gastrique de pH 1.

• Dans la lumière gastrique, les ions H+ libérés par la pompe H+/K+ ATPase s’associent aux ions Cl− pour former des molécules HCl nécessaires à la digestion.

• À l’état non sécrétant, la pompe H+/K+ ATPase se trouve dans la membrane d’une vésicule et rejoint la membrane plasmique au pôle apical lorsque cela est nécessaire.

• Le cycle de la pompe Na+/K+ comprend la fixation de 3 Na+ cytosoliques, la phosphorylation de la pompe par hydrolyse de l’ATP et la libération du Na+ dans le milieu extracellulaire, puis la fixation de 2 K+ extracellulaires, la déphosphorylation et la libération du K+ dans le cytoplasme.

💡 Astuce mémo

La pompe H+/K+ échange électroneutrement ; la pompe Na+/K+ est électrogène.

📖 7. Les transporteurs membranaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Transport actif primaire : Utilise directement l’énergie de l’hydrolyse de l’ATP pour déplacer des substances contre leur gradient de concentration.
• Transport actif secondaire : Utilise l’énergie du gradient électrochimique créé par une pompe ATPase pour transporter une autre substance contre son gradient.

★ À maîtriser

📌 Un uniporteur transporte une seule substance selon son gradient par diffusion facilitée, tandis qu’un symporteur transporte deux substances dans la même direction et qu’un antiporteur les transporte dans des directions opposées, avec au moins une substance déplacée contre son gradient.

Compléments

• Le symport Na+/glucose utilise le gradient électrochimique créé par la pompe Na+/K+ pour faire entrer le glucose dans les entérocytes contre son gradient de concentration.

• SGLT1 se trouve dans la muqueuse intestinale et le tubule contourné proximal du néphron, tandis que SGLT2 se trouve dans le tubule contourné proximal du néphron.

• Dans le tubule contourné proximal, SGLT2 réabsorbe environ 90 % du glucose filtré dans les segments 1 et 2, et SGLT1 réabsorbe environ 10 % dans le segment 3.

📌 Lorsque la glycémie entraîne la saturation des transporteurs SGLT, du glucose reste dans les urines et provoque une glycosurie.

• Dans le cas de l’antiporteur Na+/Ca2+, 3 Na+ entrants sont échangés contre 1 Ca2+.

💡 Astuce mémo

Uniport : un soluté ; symport : même direction ; antiport : directions opposées.

📖 8. Transport des molécules complexes

🔑 Notions clés & Définitions

• Endocytose : Internalisation de matériel extracellulaire par déformation de la membrane plasmique et formation de vésicules qui le transportent dans le cytoplasme.
• Exocytose : Fusion d’une vésicule, généralement issue de l’appareil de Golgi, avec la membrane plasmique, qui libère son contenu dans le milieu extracellulaire.

★ À maîtriser

• L’endocytose par clathrine mobilise : la clathrine, qui forme le revêtement protéique, une protéine d’adaptation ou adaptine (AP), un récepteur membranaire qui fixe le ligand à internaliser, la dynamine, une GTPase qui détache la vésicule formée

Compléments

• Le matériel capturé par endocytose comprend :

  • les lipoprotéines
  • le liquide
  • les solutés

• L’endocytose est un transport lent qui consomme de l’énergie et participe à la nutrition, à la défense et au maintien de l’homéostasie.

• 🔄 La formation d’une vésicule d’endocytose suit ces étapes :

  1. Fixation du matériel.
  2. Capture du matériel.
  3. Invagination de la membrane.
  4. Vacuolisation.
  5. Détachement et formation d’une vésicule recouverte d’un revêtement protéique.

• L’exocytose permet notamment : l’élimination des déchets, l’adressage en surface de protéines transmembranaires, la sécrétion de protéines solubles dans le milieu extracellulaire

💡 Astuce mémo

L’endocytose fait entrer ; l’exocytose fait sortir.