Annonces Interrogation en ligne (quiz): accessible sur le site du Campus virtuel BIO1540 (voir lien sur la page d’accueil  Quizzes). Début: Lundi 30 Janvier. Date limite: Dimanche 5 Février 2017 à minuit (23h59 en fait). Temps pour effectuer l’exercice: 2 heures (attention, une fois commencé, vous devez terminer dans les 2 heures). Vaut environ 1.5% du cours. Corrigé sera disponible après la date limite de soumission. La note sera affichée à la fin du semestre

Les membranes cellulaires Partie II: Mouvements à travers la membrane Transport passif Diffusion et osmose Diffusion simple Diffusion facilitée Canaux ioniques et non-ioniques Perméases Transport actif Transport actif primaire Transport actif secondaire Mouvement des macromolécules: endocytose et exocytose

Mouvements à travers la membrane La membrane contrôle l’entrée et la sortie des ions et molécules de la cellule La nature hydrophobe de la bicouche lipidique empêche certaines molécules de franchir librement la membrane D’autres molécules peuvent diffuser spontanément (transport passif) Système de protéines permettant de faire passer tous les composants à travers la membrane: Système de transport ne nécessitant pas l’ apport d’énergie: transport passif facilité Système nécessitant de l’énergie: transport actif

Le transport passif est basé sur la diffusion Facteurs important pour la diffusion: Taille Polarité Charge Gradient: différence de concentration int / ext (=gradient de concentration) différence de charge (=gradient électrochimique) Molécules hydrophobes Petites molécules polaires, non chargées Grosses molécules polaires, non chargées ions Figure 5.12 – Russel et al. 2011

Diffusion à travers la membrane semi-perméable Les molécules sont en mouvement constant Les molécules qui peuvent traverser la membrane semi-perméables vont se répartir de façon homogène de part et d’autre de la membrane = équilibre de la concentration de chaque coté de la membrane Le mouvement des molécules se fait depuis le compartiment avec la plus haute concentration vers le compartiment avec la plus basse concentration (=suivant le gradient de concentration) [Concentration du soluté] = nombre de molécules du soluté volume du compartiment

Diffusion à travers la membrane Les molécules diffusent à travers la membrane selon leur propre gradient de concentration (de la conc. la plus haute vers la conc. la plus basse) = on atteint un équilibre de concentration pour toutes les molécules Fig. 7.13

Diffusion de l’eau à travers la membrane: osmose Fig. 7.14 Si les solutés ne peuvent pas traverser la membrane, l’eau se déplacera pour équilibrer les concentrations: L’eau passe du compartiment avec la plus faible concentration en soluté vers le comparitment avec la plus forte concentration en soluté. Ces mouvements de l’eau sont appelés osmose.

Diffusion de l’eau à travers la membrane: osmose Forte concentration [solute] faible concentration [solute] Si les solutés ne peuvent traverser la membrane, l’eau se déplacera pour équilibrer les concentrations: L’eau passe du compartiment avec la plus faible concentration de soluté vers le compartiment avec la plus forte concentration de soluté.

Conséquences de l’osmose sur la forme de la membrane Concentration de solutés identiques à celles de la cellule volumes d’entrée et de sortie d’eau sont équivalents: condition isotoniques Concentration de solutés inférieure à celle de la cellule. Entrée d’eau dans la cellule : conditions hypotoniques Concentration de solutés supérieure à celle de la cellule L’eau sort de la cellule: conditions hypertoniques. La cellule se vide de son eau et prend un aspect crénelé. Fig 7.15

Conséquences de l’osmose sur la forme de la membrane Solution hypotonique: La paroi de la cellule végétale empêche la cellule d’exploser État turgescent. Solution isotonique Solution hypertonique État flasque

La diffusion facilitée Complexes protéiques transmembranaires Deux types de protéines: 1- Canaux 2- Transporteurs (=perméases) vont aider le passage des molécules polaires et de plus grande taille La différence de concentration entre les compartiments est le seul moteur de la diffusion facilitée La diffusion facilitée s’ arrête quand: L’équilibre de concentration entre les compartiments est atteint Tous les transporteurs/canaux sont utilisés Fig. 5.14 Russel et al. 2011

La diffusion facilitée vs. Diffusion simple

Canaux transmembranaires Diffusion facilitée à travers la membrane Protéines ou complexes protéiques créent des passages à travers la membrane Protègent les solutés des régions hydrophobes de la membrane Passage de molécules de taille variable Larges canaux non spécifiques: complexe du pore nucléaire Petit canaux spécifiques: Aquaporine: passage de l’eau Fig. 5.13 Russel et al. 2011

Canaux ioniques Canaux spécifiques à un ion (Na+, K+ etc…) La plupart des canaux ioniques ne sont pas ouverts en permanence: Canaux tensiodépendants: s’ouvrent et se ferment selon la différence de charge de part et d’autre de la membrane Canaux chimiodépendants: des molécules se fixent sur les canaux pour les ouvrir ou les fermer Canaux mécanodépendants: la pression exercée contrôle leur ouverture Fig 33.3 Russel et al. 2011

Les perméases Également appelées transporteurs Permettent le passage spécifique d’un type de molécule (p.ex. glucose perméase ne fait pas passer le fructose). La forme (conformation) des perméases change lorsque la molécule à transporter se fixe sur celles-ci Ce changement de forme permet de faire passer la molécule à travers la membrane. Ne nécessitent pas d’énergie Passage des molécules se fait dans le sens du gradient de concentration ([haute][basse])

Les perméases 1- Site de liaison au ligand (=molécule qui va être transportée) est ouvert 2- Le ligand se fixe au site de liaison 3- La fixation du ligand provoque un changement de conformation du transporteur Le site de liaison du ligand est maintenant exposé dans l’autre compartiment 4- Le soluté se dissocie du transporteur 5- Le transporteur retrouve sa Conformation originale 1 membrane 5 2 4 3 Fig 5.13 Russel et al. 2011

Le transport à travers la membrane Les perméases peuvent transporter un ou plusieurs solutés: 1 soluté: Uniport 2 solutés: Transport couplé Symport (même direction) Antiport (direction opposée) Fig. 8.7. Becker et al. 2009

Le transport actif Transport contre le gradient de concentration (basse conc.  haute conc.) facilité par des protéines Transport unidirectionnel Apport d’énergie est nécessaire Énergie apportée par hydrolyse de l’ATP (transport actif consomme jusqu’à 25% de l’ATP d’une cellule). Deux types de transport actif: Transport actif primaire: la protéine qui effectue le transport utilise directement l’énergie de l’ATP Transport actif secondaire ( ou cotransport): la protéine qui effectue le transport utilise un gradient de concentration résultant du transport actif primaire

Transport actif primaire (ou direct) Transport d’ions positifs (cations) contre leur gradient de concentration Protéine de transport emmagasine l’énergie libérée par hydrolyse de l’ATP (ATPase) Phosphorylation du transporteur (Type P) Transporteurs présents sur membrane des vacuoles (Type V) Fig 7.19

Transport actif primaire (ou direct) Exemple: Pompe Sodium/Potassium (ATPase Na+/K+): Échange 3 Na+ contre 2 K+ (100 fois/s) Participe à l’accumulation de Na+ a l’extérieur de la membrane plasmique  gradient électrochimique Différence de potentiel entre le milieu externe et interne de la cellule (-50 a -200 mV, plus négatif à l’intérieur) - Gradient de Na+ sert à faire entrer autres molécules dans la cellule (voir transport secondaire)

Pompe Sodium/Potassium 1 Fig. 7.18 2 6 Fixation de 3 Na+ déclenche la phosphorylation du transporteur Cette conformation a peu d’affinité pour les ions K+, ce qui les libère Les ions K+ peuvent se fixer et détachent le phosphate (Pi) 3 5 Une fois phosphorylé, le transporteur s’ouvre du coté exterieur Le depart du Pi fait revenir le transporteur à sa conformation initiale 4

Pompe à protons Fig 7.20 Transport actif de protons à l’ extérieur de la membrane Gradient permanent de proton chargés positivement  potentiel de membrane Protons maintiennent un milieu acide dans le milieu extracellulaire (estomac)

Transport actif secondaire (ou indirect) Transport d’ions et de molécules organiques Transport primaire utilisé comme source d’énergie Gradient de concentration généré par le transport primaire utilisé pour co-transporter une autre molécule contre son propre gradient Fig. 7.21

INTERIEUR DE LA CELLULE Transport du Glucose EXTERIEUR DE LA CELLULE État initial: le symport est ouvert sur l’extérieur Le relâchement du glucose permet au symport de retourner à son état initial 2 Na+ se fixent La perte des ions Na+ est suivie par le relargage du glucose à l’intérieur INTERIEUR DE LA CELLULE La fixation des Na+ permet au Glucose de se fixer et déclenche un changement de conformation Les ions Na+ sont libérés à l’intérieur, mais sont re-éjectés vers l’extérieur par la pompe Na/K Le symport est ouvert sur l’intérieur

Cotransport: absorption du glucose dans l’intestin Sang: Forte [Na+] Faible [K+] Cytosol: Faible [Na+] Forte [K+] Lumière intestinale: Glucose (alimentation)  Na+ Cl- (alimentation)

CFTR - mucoviscidose Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) Présent dans les cellules de l’épithélium respiratoire Pompe ions Cl- vers la cavité des poumons (transport actif) Changement dans la séquence nucléotidique du gène (ADN) provoque changement dans la séquence protéique (délétion d’un acide aminé) = mutation Protéine mutante est éliminée par la cellule Pas de transport de Cl- Pas de sécrétion de Na+ et d’eau  accumulation de mucus , infections etc… Lumière des voies respira-toires CFTR normal, mucus hydraté Lumière des voies respira-toires Delta Phe509  protéine reste coincee dans RER CFTR inactif, accumulation de mucus sec, infections Fig. 8B-1 – Becker et al. 2009

Endocytose et exocytose Molécules de grande taille et particules traversent la membrane par endocytose (entrée) et exocytose (sortie) Nécessite de l’énergie Exocytose: vésicules de sécrétion ou en provenance de l’appareil de golgi ou résidus de digestion sont conduits vers la membrane et fusionnent (ex. hormones, mucus...) Fig. 6.15

Endocytose 3 types d’endocytose Fig 7.22 3 types d’endocytose Phagocytose: création d’extensions cytoplasmiques (pseudopodes) pour entourer les particules à ingérer La membrane entoure la particule et se referme Vésicule contenant la particule se retrouve dans le cytoplasme  digestion (fusion avec lysosomes) Ex: Amoeba proteus

Endocytose 3 types d’endocytose Fig 7.22 3 types d’endocytose Pinocytose: absorption non-spécifique de petites particules et molécules dissoutes Membrane plasmique s’invagine et forme des petites vésicules (~150nm) solutés

Endocytose 3 types d’endocytose Endocytose par récepteur Fixation spécifique d’un type de molécule à un récepteur protéique Permet de concentrer un type de soluté dans des vésicules Membranes des vésicules tapissée de clathrines (face cytoplasmique) Ex: récépteur du cholesterol/ LDL Fig 7.22

Synthèse des connaissances Remplissez le tableau ci-dessous Diffusion simple Diffusion facilitée Transport Actif Direction par rapport au gradient de concentration protéines membranaires nécessaires Besoin d’énergie Saturation du transport Type de solutés transportés Direction fixe

Examen mi-session le Samedi 11 Février à 10h00 Posez vos questions et inscrivez vos suggestions sur forum du campus virtuel Séance de révision le 6 février + évaluation du Professeur Salles d’examen affichées sur le campus virtuel Quizz en ligne à soumettre avant le Dimanche 5 février à 23h59