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13-cours-absorption-mécanismes-1 Les sites et mécanismes dabsorption Physiologie de lentérocyte Update sept 2008 P.L. Toutain ECOLE NATIONALE VETERINAIRE.

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1 13-cours-absorption-mécanismes-1 Les sites et mécanismes dabsorption Physiologie de lentérocyte Update sept 2008 P.L. Toutain ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O U S E

2 13-cours-absorption-mécanismes-2 Les sites dabsorption

3 13-cours-absorption-mécanismes-3 Site dabsorption et vidange gastrique Estomac Absorption Surface Débit sang (L/min) 1 m² m² 1.0 Chez les monogastriques, la partie proximale de lIG est le principal site dabsorption

4 13-cours-absorption-mécanismes-4 Sites intestinaux dabsorption Duodénum Jéjunum Iléon fer sucres Proteines Lipides Sodium eau Acides biliaires Cobalamine

5 13-cours-absorption-mécanismes-5 Adaptations anatomiques et physiologiques de lintestin à labsorption

6 13-cours-absorption-mécanismes-6 Taille et surface des segments du tube digestif Bouche Esophage Estomac Duodenum Jéjunum iIéon Caecum Côlon Rectum Longueur cm Diamètre (cm) Surface dabsorption (m²)

7 13-cours-absorption-mécanismes-7 Amplification de la surface: Valvules, villosités et microvillosités de lintestin Valvules *3 Villosités *30 Microvillosités *600

8 13-cours-absorption-mécanismes-8 Villosités et microvillosités de lintestin

9 13-cours-absorption-mécanismes-9 Structure de lépithélium en fonction du site du tube digestif

10 13-cours-absorption-mécanismes-10 L entérocyte Lentérocyte est la cellule intestinale dédiée à labsorption Ils forment un épithélium qui ne possède quune couche de cellule Cette monocouche est portée par la lamina propria qui contient les vaisseaux sanguins et lymphatiques

11 13-cours-absorption-mécanismes-11 Villosités et entérocyte avec ses microvillosités Jonctions sérrées Desmosome Mitochondries Rough endoplasmic reticulum Intercellular space Absorptive cell Cellule en goblet Canal lymphatique Capillaires Arteriole Venule Villus microvillosités

12 13-cours-absorption-mécanismes-12 L entérocyte: cycle cellulaire Les entérocytes sont formés continuellement dans les cryptes de Lieberkühn et migrent au sommet des villosités en 2-5 jours Ensuite ils desquament dans la lumière intestinale

13 13-cours-absorption-mécanismes-13 Microvillosités & Glycocalyx Glycocalyx Microvillosités

14 13-cours-absorption-mécanismes-14 Microvillosités et glycocalyx Glycocalyx :filaments de polysaccharides Basal lamina Absorptive epithelial cells Microvilli 5µm Glycocalyx Cell membrane Actin filaments Mycosin filament Terminal web Microvillus

15 13-cours-absorption-mécanismes-15 Le glycocalyx Glycocalyx : filaments de polysaccharides Glycocalyx Cell membrane Actin filaments Mycosin filament Terminal web Microvillus Matériel fibrillaire riche en glycoprotéines recouvrant la membrane apicale des entérocyte Très adhérent à la cellule (contrairement au mucus) Tamis moléculaire dans lequel se poursuit la digestion (diffusion comme dans un gel)

16 13-cours-absorption-mécanismes-16 Le glycocalyx Matériel fibrillaire riche en glycoprotéines recouvrant la membrane apicale des entérocytes Très adhérent à la cellule (contrairement au mucus) Tamis moléculaire dans lequel se poursuit la digestion (diffusion comme dans un gel)

17 13-cours-absorption-mécanismes-17 Absorption

18 13-cours-absorption-mécanismes-18 Absorption intestinale: voies de passage cellulaires Voie paracellulaire –Une barrière: les jonction serrées –Eau, Cl - Petites molécules hydrosolubles Voie transcellulaire Multiples mécanismes de passage

19 13-cours-absorption-mécanismes-19 Passage paracellulaire Voir la diaporama sur labsorption de leau et des électrolytes

20 13-cours-absorption-mécanismes-20 Les jonctions cellulaires trouvées dans une cellule

21 13-cours-absorption-mécanismes-21 Absorption paracellulaire et transcellulaire de leau Jonction sérrée Voie transcellulaire Avec glucose et Na + Diffusion passive Voie Paracellulaire Grâce au gradient local de Na+ qui est excrété de façon active sur les parois des entérocytes Na + H2OH2O H2OH2O

22 13-cours-absorption-mécanismes-22 Passage paracellulaire: jonctions serrées La paroi de lintestin est formée dentérocyte collées entre- eux à leur pôle apical par des jonctions sérrées (tight junction or kiss site) de 80nm de long Lespace intercellulaire est petit et saccroît progressivement vers la profondeur Cest dans cet espace que sont éliminés de façon active des ions Na + créant ainsi un gradient osmotique capable de faire passer les molécules deau par les jonctions serrées tight junction Espace intercellulaire riche en Na + Membrane basale

23 13-cours-absorption-mécanismes-23 Les mécanismes de passage transcellulaire de lentérocyte

24 13-cours-absorption-mécanismes-24 Les mécanismes de passage transcellulaire de lentérocyte En masse –Endocytose (Pinocytose, phagocytose) Sous forme moléculaire –Passif vs actif –Avec ou sans laide dune protéine

25 13-cours-absorption-mécanismes-25 Transports ioniques et moléculaires

26 13-cours-absorption-mécanismes-26 Principe de passage à travers la membrane plasmique La membrane est une bicouche lipidique dont la partie centrale est hydrophobe Lhydrophobicité de la partie centrale de la membrane empêche le passage de la plupart des molécules polaires La cellule a besoin de système de transport pour absorber (ou éliminer) des analytes polaires

27 13-cours-absorption-mécanismes-27 Principe de passage à travers la membrane plasmique La membrane est perméable aux: –Molécules non polaires Lipides solubles (stéroïdes). –Molécules polaires de petite taille et non chargée comme leau La membranes est imperméable aux: –Grosse molécules polaires (glucose). –Aux Ions (Na + ).

28 13-cours-absorption-mécanismes-28 Transport à travers la membrane plasmique

29 13-cours-absorption-mécanismes-29 Mécanismes de transport à travers les entérocytes 1.Directement à travers la membrane Diffusion et osmose (osmose =diffusion de leau) 2.En lmpliquant une protéine membranaire: 1.Canaux (canaux ioniques) et pores (porines) Débit= ions par sec 2.Transporteurs diffusion facilitée: uniport transport actif : symport; antiport Débit= molécules par sec 3. Pompes –Protéines qui hydrolysent lATP appelées ATPases –Débit= ions par sec

30 13-cours-absorption-mécanismes-30 Débits des systèmes de transfert

31 13-cours-absorption-mécanismes-31 Canaux, pores et transporteurs Aquaporines = transport de leau Ionophores = transport des ions Uniport = transport d une seule substance Transports couplés : transport simultané de 2 analytes ou plus –Symport: transport de 2 analytes dans la même direction –Antiport: transport de 2 analytes en direction opposée

32 13-cours-absorption-mécanismes-32

33 13-cours-absorption-mécanismes-33 Les protéines de transport membranaire Figure 15-3

34 13-cours-absorption-mécanismes-34 Mécanismes de transport à travers les entérocytes Avec besoin ou non dénergie: –Transport passif: Le long dun gradient de concentration –Ne nécessite pas dATP –Ex: osmose; diffusion & diffusion facilitée; –Transport actif Mouvement net contre un gradient de concentration –Requiert directement ou indirectement de l ATP

35 13-cours-absorption-mécanismes-35 La diffusion passive

36 13-cours-absorption-mécanismes-36 Diffusion et gradient Diffusion:Mouvements browniens se faisant uniquement sous laction des forces themodynamiques Si une membrane sépare deux compartiments, le passage par diffusion simple se fera sous laction dun gradient (une force) électrochimique (gradient dorigine chimique et gradient dorigine électrique)

37 13-cours-absorption-mécanismes-37 Diffusion au travers dune membrane –Pas de consommation dénergie –Descente le long dun gradient de concentration –Pas de transporteur –Pour des molécules lipophiles –Cinétique linéaire certains minéraux et la plupart des graisses, lalcool

38 13-cours-absorption-mécanismes-38 Diffusion passive de leau ou osmose Leau est une molécule polaire de petite taille (18 daltons) Grâce à cette petite taille elle peut diffuser directement à travers la membrane La membrane de l entérocyte est semi-perméable et elle laisse passer leau par diffusion cest-à-dire par osmose Rem: leau peut également passer par des pores nommés aquaporines dans certains tissus notamment dans le côlon pour ce qui est du tube digestif

39 13-cours-absorption-mécanismes-39 Diffusion passive impliquant des canaux, des pores ou des transporteurs spécialisés

40 13-cours-absorption-mécanismes-40 Diffusion passive facilitée par des canaux ou des pores

41 13-cours-absorption-mécanismes-41 Canaux et porines Certains protéines agissent comme des pores passifs permettant la diffusion des ions (canaux ioniques) ou de petites molécules non ionisées (eau,nucléotides, polypeptides ) avec une capacité de 10 7 à 10 8 molécules par seconde et selon leur gradient Ne demande pas dénergie car lanalyte suit un gradient de concentration (molécule non chargée) ou un gradient ionique (molécules chargées)

42 13-cours-absorption-mécanismes-42 Canaux ioniques Canaux hydrophiles Ouverts ou fermés Durée douverture très brève (millisecondes) qui laisse passer des paquets dions (milliers dions) Ne nécessite pas dénergie Sélectivité –Certains laissent passer plusieurs ions (Na+ et K+) –Dautres forment un canal aqueux central avec un filtre de sélectivité

43 13-cours-absorption-mécanismes-43 Pores: aquaporines Canaux qui permettent le passage passif et sélectif de leau (par exemple dans le côlon) mais pas de celui des ions et des autres substances

44 13-cours-absorption-mécanismes-44 HOOC Lipid bilayer Intracellular H2NH2N Extracellular C structure hypothétique dune aquaporine Adapted from Jung et al Journal of Biological Chemistry. 269:14648

45 13-cours-absorption-mécanismes-45 Diffusion passive facilitée par des transporteurs (perméases)

46 13-cours-absorption-mécanismes-46 Diffusion facilitée –Mouvement de diffusion dune molécules à travers une membrane grâce à une protéine de transport encore appelée perméase –Le transporteur (uniport) joue un rôle analogue à celui dun récepteur (spécificité) –Mouvement dans le sens du gradient de concentration qui ne nécessite pas dénergie –Mécanisme utilisé par les molécules insolubles dans les lipides (pas de diffusion passive) et trop grosse pour passer par des pores (ex: glucose –Ex: glucose, fructose, galactose

47 13-cours-absorption-mécanismes-47 Diffusion facilitée par un uniport modèle Ping Pong La protéine de transport (uniport) en se transconformant sous laction du ligand assure le rôle dune navette entre les deux faces dune membrane; elle crée un passage hydrophile dans la zone hydrophobe de la membrane Transport lent mais prolongé

48 La différence entre un canal et un transporteur est dû au ligand qui entraîne un changement conformationnel de la protéine de transport (récepteur) qui va ainsi transférer le ligand Le transporteurs va osciller entre 2 conformation stéréochimique (modèle ping pong) Le transporteur fonctionne un peu à la à la manière dun tourniquet le ligand étant la « main » qui fait tourner le tourniquet alors que le canal serait plutôt lanalogue dun tunnel Transporteur vs. canal ou porine

49 13-cours-absorption-mécanismes-49 Implication de la diffusion facilitée dans labsorption du glucose Diffusion facilitée à la membrane apicale (Glut-5) Diffusion facilitée à la membrane basale (GLUT-2) Rem: labsorption du glucose à la membrane apicale implique également des mécanisme actif de symportage avec le Na+ (SGLT)

50 13-cours-absorption-mécanismes-50 Diffusion facilitée: le glucose Les transporteurs dédiés au transport passif facilité du glucoses sont nommés GLUT (GLUT5 et GLUT2) (Les transporteurs pour le transport actif du glucose sont les SGLT)

51 51 to capillaries Glucose: transport passif (facilté) par les transporteurs GLUT vs. cotransportage secondairement actif par le transporteur SGLT-1 Lumen of intestine Intestinal Epithelial cell Fructose; also glucose, Glucose Galactose Na + 2K + Na + 3Na + ATP ADP + Pi = facilitated diffusion = Na + -dependent co-transport = Na,K-ATPase contraluminal membrane GLUT-5 Brush border SGLT-1 Fructose GalactoseGlucose GLUT-2 GalactoseGlucose GalactoseGlucose Na + 2K + 3Na +

52 13-cours-absorption-mécanismes-52 Comparaison du transport du glucose par diffusion passive ou par diffusion facilitée Figure caractéristiques 1.Plus grand débit que la diffusion passive 2.Saturabilité 3.Spécificité

53 13-cours-absorption-mécanismes-53 Transport actif

54 13-cours-absorption-mécanismes-54 Transport actif Transport dions ou de molécules non chargées contre leur gradient (électro)chimique et nécessitant de lénergie (ATP)

55 13-cours-absorption-mécanismes-55 Les 2 types de transport actifs 1.Primaire (direct) –Pompes membranaires ATP- dépendantes qui demandent une source directe dénergie pour fonctionner 2.Secondaire (indirect) – mouvement dune substance contre son gradient électrochimique grâce à un cotransportage (symport ou antiport) avec un autre analyte dont le gradient est maintenu par ailleurs de façon active

56 13-cours-absorption-mécanismes-56 Transport actif primaire (direct)

57 13-cours-absorption-mécanismes-57 transport actif direct La protéine de transport est aussi une ATPase

58 13-cours-absorption-mécanismes-58 Exemple de transport actif direct : la pompe Na + /K + La pompe située sur la basale de l entérocyte élimine activement du Na+ (qui va sortir de la cellule) contre du K+ (qui pénètre dans la cellule) Ce mécanisme crée un gradient en Na + (faible concentration intracellulaire en Na + ) ce qui fournira indirectement de lénergie au transport apicale dautres molécules dont le transport est couplé à celui du Na+ pour entrer dans lentérocyte

59 13-cours-absorption-mécanismes-59 Transport actif direct: Ca ++ Lhydrolyse de lATP est nécessaire au fonctionnement du transporteur. La molécule ou lion se lie au site de reconnaissance du transporteur. La liaison stimule la phosphorylation de la protéine de transport qui est une ATPase. rupture de l ATP qui est lié à une sous unité du transporteur La protéine de transport subit une transconformation qui va conduire à relacher le ligand de autre côté de la membrane.

60 13-cours-absorption-mécanismes-60 Caractéristiques de l absorption active Transporteurs membranaires protéiques Remontée contre un gradient de concentration Affinité et sélectivité des transporteurs Couverture dénergie avec de lATP Cinétique saturable de type Michaelis- Menten –Ex: Na +, K +, acides aminés

61 13-cours-absorption-mécanismes-61 Transport actif secondaire

62 13-cours-absorption-mécanismes-62 Transport actif secondaire (indirect): Lexemple du glucose Le transport du glucose est couplé à celui du Na+ (pôle apical, bordure en brosse) Lénergie nécessaire à ce co-transport permettant au glucose daller contre son gradient de concentration est fournie par le gradient de Na+. Lhydrolyse de lATP par une pompe Na + /K + est nécessaire pour maintenir le gradient de [Na + ] (pôle capillaire)

63 13-cours-absorption-mécanismes-63 Transport actif et diffusion facilitée des glucides Diffusion facilitée Co-transport actif secondaire Les sucres sont exclusivement absorbés sous la forme de monosaccharides pôle apicale

64 13-cours-absorption-mécanismes-64 Exemple du passage du glucose par le le symport Na+-glucose SGLT1 Lactivité du transporteur SGLT1 est déterminée par la pompe Na+/K+ ATPase localisée sur la membrane basale de l entérocyte. Cette pompe maintient un gradient électrochimique de Na+ à travers la membrane apicale en extrudant activement du Na+ hors de la cellule au pôle basal. Le glucose ressortira au pôle basale de lentérocyte par diffusion facilitée (GLUT2)

65 65 to capillaries Glucose: cotransportage secondairement actif du glucose par le transporteur SGLT-1 Lumen of intestine Intestinal Epithelial cell Glucose Galactose Na + 2K + Na + 3Na + ATP ADP + Pi = facilitated diffusion = Na + -dependent co-transport = Na,K-ATPase contraluminal membrane Brush border SGLT-1 Fructose GalactoseGlucose GLUT-2 GalactoseGlucose GalactoseGlucose Na + 2K + 3Na +

66 13-cours-absorption-mécanismes-66 Les mécanismes de passage transcellulaire en masse de lentérocyte Endocytose: Pinocytose & phagocytose

67 13-cours-absorption-mécanismes-67 Pinocytose/phagocytose Pinocytose « buvée cellulaire » Pinocytose médiée par un récepteur Phagocytose « ingestion cellulaire »

68 Endocytose : –Permet à de grosses particules, des structure micellaires (issues de la digestion des lipides) ou des macromolécules denter dans la cellule. –Phagocytose (absorption dune grosses particules comme les bactéries) et pinocytose (absorption de liquide contenant des solutés comme pour de grosses protéines) vésicule pinocytaire

69 13-cours-absorption-mécanismes-69 Absorption intestinale: Pinocytose Passage transcellulaire en masse de liquide (Bulk transport) qui nécessite de lénergie –Absorption des immunoglobulines chez le nouveau-né –Les immunoglobulines sont trop grosses pour passer par des transporteurs


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