La Membrane Cellulaire V1.6 Expliquer les différents types de transports actif et passif (p.ex.: L’endocytose, l’exocytose, la pinocytose, la diffusion et l’osmose) de la matière entre la cellule et son environnement à travers sa membrane plasmique sélectivement perméable.

La membrane cellulaire Faire entrer des substances essentielles à l'intérieur de la cellule. Permettre d'évacuer certaines substances et les déchets hors de la cellule Empêcher l'entrée de substances nuisibles Prévenir l'echappement des substances nécessaires aux fonctions de la cellule.

La structure de la membrane cellulaire Grâce aux microscopes on sait que la membrane cellulaire est constituée de deux couches de molécules. Cette bicouche était composée principalement de molécules de phospholipides, un type de lipide.

Les Phospholipides Sont formés de deux acides gras et unis à un squelette de glycérol. Le squelette est lié à une chaîne contenant du phosphore et parfois de l'azote, au troisième site de liaison du glycérol. La chaîne phosphate forme la tête alors que les acides gras forment deux queues. La tête est polaire. Les queues sont non polaires.

Polaire vs Non Polaire Polaire: se dit d'une liaison dans laquelle les électrons sont partagés inégalement; se dit d'une molécule dans laquelle la distribution des charges et inégale. Non polaire: Se dit d'une molécule dans laquelle la distribution des charges est équilibrée.

La tête polaire d'une molécule de phosopholipide est attirée par les molécules d'eau, également polaires; à cause de cette attirance, la terminaison phosphorique d'un phospholipide est hydrosoluble. Les chaînes d'hydrates de carbone et des queues d'acides gras du phospholipide ne sont pas attirées par les molécules d'eau; elles sont cependant compatibles avec d'autres lipides.

La Bicouche Quand les molécules de phospholipides sont placé dans de l'eau, par une combinaison d'attraction et de répulsion, les phospholipides s'organisent en une bicouche sphérique. Les têtes polaires hydrophiles se tournent vers l'eau de l'intérieur et de l'extérieur des cellules Les queues lipidiques non polaires hydrophobes sont prises en sandwich entre les têtes. Cette structure, appelée bicouche de phospholipides, forme la base de la membrane cellulaire.

Le modèle de la mosaïque fluide La membrane cellulaire contenait une mosaïque de constituants différents dispersés dans toute la membrane. Plusieurs molécules protéiques sont présentes un peu partout dans la bicouche de phospholipides. Les molécules de phospholipides et certaines de ces protéines peuvent se déplacer latéralement dans la couche C'est pourquoi ce modèle de la membrane cellulaire est appelé modèle de la mosaîque fluide.

Le Cholestérol Le cholestérol permet aux membranes cellulaires des animaux d'exercer leurs fonctions à diverses températures. À des températures élevées, le cholestérol aide la membrane à maintenir sa rigidité. À de basses températures, le cholestérol conserve à la membrane sa fluidité, sa flexibilité et sa capacité à fonctionner, et empêche qu'une cellule meurt parce que sa membrane est gelée. Il rend la membrane moins perméable à la plupart des molécules biologiques.

La forme des membranes protéiques varie selon leur fonction; la disposition des protéines dans la membrane varie également selon les différents types de cellules.

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Traverser la membrane cellulaire La tendance des êtres vivants à maintenir de façon presque constante les conditions de leur milieu interne se nomme homéostasie. C’est principalement grâce à la membrane cellulaire que l’homéostasie peut être atteinte. La membrane est semi-perméable, c’est-à-dire qu’elle peut permettre ou empêcher certaines molécules de la traverser.

Traverser la membrane cellulaire Chaque cellule baigne dans une mince couche de fluide extracellulaire, un mélange d’eau et de substances dissoutes. Certaines de ces substances sont essentielles à la vie de tous les types de cellules; d’autres ne sont utiles qu’à certains types de cellules. Dans le fluide extracellulaire, on trouve aussi des déchets rejetés par les cellules et dont l’organisme se débarrassera par la suite.

La diffusion et la membrane cellulaire La diffusion est un exemple d’une façon par laquelle des petites molécules traversent la membrane cellulaire. La diffusion est le déplacement de molécules donnée, à partir d’une zone où la concentration de cette substance est plus élevée vers une zone où la concentration de la substance est moins élevée. Plusieurs molécules, particulièrement les petites molécules électriquement neutres comme l’oxygène, peuvent se déplacer de cette façon à travers la membrane cellulaire.

La diffusion et la membrane cellulaire Comment fonctionne la diffusion? Grâce au mouvement brownien! Les molécules sont en mouvement constant. Dans un liquide, ce déplacement constant de chaque molécule est aléatoire; chaque fois qu’une molécule en frappe une autre, ou qu’elle frappe la paroi du contenant qui renferme le liquide, elle rebondit et change de vitesse et de direction. Ce mouvement constant et aléatoire des molécules dans un liquide est le mouvement brownien.

La diffusion La diffusion est le résultat du mouvement net de particules d’une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration; on appelle gradient de concentration la différence de concentration entre ces deux zones. Le processus de diffusion fonctionne bien quand les molécules ont de courtes distances à parcourir. La diffusion est utile pour l’eau, oxygène et CO2

La diffusion et la taille des cellules Plus la surface d’une cellule par rapport à son volume est grande, plus la surface de sa membrane est grande; ainsi, plus le nombre de molécules qui peuvent la traverser est grand.

L’osmose: la diffusion de l’eau L’eau contenue à l’intérieur de la cellule et dans le milieu extérieur diffuse librement à travers la membrane cellulaire de façon à ce que la concentration d’eau des deux côtés de la membrane demeure égale. La diffusion d’un solvant à travers une membrane semi- perméable qui sépare deux solutions se nomme osmose. Les molécules d’eau se déplacent d’une zone à forte concentration vers une zone à faible concentration. Le sens dans lequel se fait l’osmose dépend toujours de la concentration relative des molécules d’eau de chaque côté de la membrane cellulaire.

Conditions isotoniques, hypertoniques ou hypotoniques? Lorsque la concentration de la solution à l’intérieur de la cellule est égale à la concentration à l’extérieur de la cellule, des quantités égales d’eau traversent la membrane dans les deux sens (conditions isotoniques) Lorsque la concentration de la solution est plus élevée à l’extérieur de la cellule qu’à l’intérieur, l’eau sort de la cellule (conditions hypertoniques). Lorsque la concentration de la solution est plus élevée à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur, l’eau entre de la cellule (conditions hypotoniques)

Osmose La membrane cellulaire est perméable à l’eau alors la seule énergie nécessaire à ce déplacement est le mouvement brownien. L’osmose est un processus passif (comme diffusion) qui ne requiert aucune énergie de la cellule.

Osmose Le plasma sanguin et le fluide dans lequel baignent nos cellules sont habituellement isotoniques. Dans les conditions hypotoniques, il y a risque que la membrane cellulaire éclate. Ce phénomène est appelé lyse. Dans les conditions hypertoniques, l’eau se déplacerait vers l’extérieur de la cellule: appelé plasmolyse. (concentration de solutés plus élevée dans le fluide extracellulaire que dans le fluide intracellulaire)

Questions p 34 #1,2,3,4,5,6,7,8

La diffusion facilitée L’eau, oxygène, et dioxyde de carbone peuvent traverser «sans aide» la membrane cellulaire (diffusion simple) D’autres substances ne peuvent pas; la membrane est sélectivement perméable. Ex. La molécule de glucose est trop grosse pour traverser les molécules de phospholipides et elle est insoluble dans les lipides. Comment alors les molécules comme le glucose arrivent-elles à traverser la membrane?

La diffusion Facilitée La membrane possède des protéines spécialisées qui aident différentes sortes de substances à entrer dans la cellule et à en sortir. Grâce à leur structure, ces protéines sont sélectives: une protéine particulière reconnaîtra et aidera un seul type de molécules ou d’ions en solution selon la forme, la taille, et la charge électrique de cette particule. Une protéine de la membrane appelée protéine de transport, facilite le déplacement des molécules de glucose d’une zone à concentration élevée vers une zone à concentration moins élevée. C’est un type de transport passif.

Protéines de transport

La diffusion facilitée Des protéines de transport n’acceptent que certaines molécules, celles qui ont une forme particulière qu’elles «reconnaissent». Elles changent de forme pour permettre à certaines molécules de traverser la membrane cellulaire. Elles permettent aux molécules de traverser la membrane dans les deux sens.

Les canaux protéiques Les canaux protéiques peuvent aider les particules chargées à traverser la membrane cellulaire. Ces protéines ont une forme tubulaire qui permet aux particules chargées (ions) de traverser la bicouche de lipides. Un ion en solution doit être assez petit pour pouvoir traverser un canal protéique. Un canal protéique chargé positivement refoule les ions positifs, et un canal protéique chargé négativement refoule les ions négatifs. Le processus exige la participation de protéines mais elles n’ont besoin d’aucune énergie de la cellule pour jouer leur rôle. (Transport passif)

Questions Réseau conceptuel p34, #9 Explique la ou les différences entre la diffusion simple et la diffusion facilitée?

Le Transport Actif Pour nager, le canard doit fournir un effort. C’est la même chose pour les cellules: elles doivent fournir de l’énergie pour déplacer des molécules et des ions «contre» un gradient de concentration.

Le transport actif Pour assurer le bon fonctionnement des cellules, le milieu intracellulaire doit souvent être très différent du milieu extracellulaire. Ex. Les cellules ont besoin d’une concentration suffisante des substances nutritives essentielles qui leur permettent de vivre, de se développer et de jouer leur rôle. Les cellules doivent éliminer certains déchets toxiques. La cellule doit dépenser de l’énergie pour transporter des substances en solution d’une zone de faible concentration vers une zone de concentration élevée. (Contre le gradient de concentration)

Le transport actif En repos, nos cellules utilisent jusqu’à 40% de leur énergie pour assurer le transport actif. Les cellules des reins qui filtrent le sang utilisent jusqu’à 90% de leur énergie dans le processus de transport actif

Le transport actif est essentiel dans ces cas: Les cellules rénales pompent le glucose et les acides aminés de l’urine et les retournent dans le sang. Les cellules intestinales pompent les substances nutritives des intestins. Les cellules des racines des plantes pompent les substances nutritives du sol. Les cellules branchiales des poissons pompent les ions sodium hors de l’organisme.

La pompe du transport actif La pompe est une protéine de la membrane cellulaire qui assure le déplacement des ions à travers la membrane cellulaire contre leurs gradients de concentration. Les cellules possèdent plusieurs pompes différentes.

La pompe du sodium-potassium dans les cellules animales Au début: Trois ions Na+ à l’intérieur de la cellule et deux ions K+ du fluide extracellulaire se lient à la protéine complexe de transport. Énergie (ATP) permet à la protéine de changer de forme. Ensuite: Les trois ions de sodium se retrouvent à l’extérieur de la cellule, et les deux ions potassium à l’intérieur. La protéine libère tous les ions et reprend sa forme originale.

Extraire l’énergie stockée par le transport actif La cellule utilise le gradient de concentration artificiel qu’elle a créé pour les ions sodium afin de faire entrer les molécules dont elle a besoin (ex. le glucose et les acides animés) Les ions de sodium par exemple vont lier au type de protéine membranaire de transport avec une molécule comme le glucose. La protéine porteuse change de forme et permet à l’ion sodium et le glucose à se déplacer suivant son gradient de concentration jusqu’à l’intérieur de la cellule. La cellule va débarrasser du H+ dans la même manière. vidéo

Un potentiel électrique La forte concentration d’ions positifs à l’extérieur de la cellule crée une charge électrique à travers la membrane cellulaire. (3 sodium ext., 2 potassium int) Ça crée un potentiel électrique à travers la membrane cellulaire qui permet aux nerfs et aux muscles de travailler.

Questions P34. #10, 11,12,13,

Le transport des grosses particules Certaines particules ne peuvent pas traverser la membrane cellulaire par transport passif (diffusion, osmose ou diffusion facilitée) ou par transport actif. La membrane cellulaire peut se replier sur elle-même pour former un «petit sac» appelé vacuole. Les cellules se servent de ces vacuoles pour «avaler» ou expulser diverses substances.

L’endocytose La membrane cellulaire peut se replier vers l’intérieur, et ainsi «capturer» une petite quantité de fluide extracellulaire; Endocytose Il y a trois types: La pinocytose La phagocytose L’endocytose par sites récepteurs.

Pinocytose La pinocytose est l’ingestion de petites particules ou de gouttelettes contenant des substances nutritives en suspension dans le fluide extracellulaire. Ce processus se produit dans presque tous les types de cellules et presque tout le temps.

La phagocytose C’est l’ingestion de grosses particules de solides, de cellules entières et de bactéries provenant du fluide extracellulaire. Ce processus ne se produit que dans les cellules spécialisées. (amibes unicellulaires ou les cellules mangeuses de bactéries du système immunitaire ) Phagocytose

L’endocytose par récepteurs interposés L’absorption de molécules précises qui s’attachent à certaines protéines de la membrane cellulaire qui servent de récepteurs. Ces récepteurs membranaires, en forme de cavité, possèdent une conformation unique qui s’adapte à un seul type de molécule. Ça permet aux cellules animales d’obtenir le cholestérol.

L’endocytose par récepteurs interposés Chaque gouttelette possède une «marque» protéine que seul un récepteur correspondant de la membrane cellulaire peut «reconnaître». Lorsque la protéine marquée et le récepteur s’unissent, la membrane se plie vers l’intérieur, formant une vacuole. La vacuole vide son contenu à l’intérieur de la cellule puis retourne à la membrane cellulaire pour que les récepteurs soint de nouveau face à l’extérieur.

L’exocytose Au cours de l’exocytose une vacuole située à l’intérieur de la cellule se déplace vers la membrane, et la membrane de la vacuole fusionne avec la membrane cellulaire. Le contenu de la vacuole fusionnée est sécrété dans le fluide extracellulaire. L’exocytose est un processus très important pour les cellules spécialisées dans la sécrétion de diverses substances cellulaires. vidéo

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