PHYSIOLOGIE DES MEMBRANES : 1ère partie (principes + cell PHYSIOLOGIE DES MEMBRANES : 1ère partie (principes + cell. artificielles) © Julie Lavoie, C. Lionel-Groulx ; images © ERPI pour diapos 2 et 4

Composition et structure de la membrane plasmique

La membrane : une structure en mosaïque fluide

Fluidité de la membrane Composition en acides gras Température ambiante Cholestérol (stabilise la fluidité) Acides gras saturés Acides gras insaturés

Perméabilité sélective de la membrane Imperméable à certaines substances Perméable à d’autres substances Différents modes de transport Mais d’abord : quelques notions de base…

Solvant et soluté Ex.: solution de Glucose Légende : = H2O = Glucose

Solvant et soluté Ex.: solution de NaCl Légende : = H2O = Na+ = Cl-

Gradient de concentration Il y a gradient de concentration d’un soluté lorsque la distribution n’est pas égale (pas homogène) Soluté + concentré -

Déplacement (d’un soluté) Déplacement dans le sens du gradient Déplacement contre le gradient ex.: Diffusion ex.: Transport actif

Principe de la diffusion Phénomène physique (ex.: peut se dérouler dans un bécher) Diffusion nette d’un soluté: toujours dans le sens du gradient de ce soluté Chaque soluté indépendamment des autres Vitesse proportionnelle à la « pente » du gradient (proportionnelle à la différence des concentrations du soluté) Se poursuit jusqu’à ce qu’à égalité des concentrations (élimination du gradient)

Selon le principe de diffusion décrivez le mouvement net de chacun des deux solutés… et

Le mouvement net de chacun des solutés se poursuivra jusqu’à égalité des concentrations (donc répartition uniforme) de chacun :

L’osmose : diffusion d’un solvant Phénomène physique (ex.: peut se dérouler dans un bécher) Diffusion nette d’un solvant: toujours dans le sens du gradient de ce solvant Tient compte des solutés totaux = l’osmolarité de la solution (Σ concentra-tions de tous les solutés) Vitesse proportionnelle à la « pente » du gradient (proportionnelle à la différence des concentrations du solvant ou, autrement dit, à la différence des concentrations de l’ensemble des solutés)

En bref… Diffusion : Osmose : diffusion nette d’un soluté dans le sens du gradient de ce soluté Osmose : diffusion nette d’un solvant dans le sens du gradient de ce solvant tient compte des solutés totaux (Σ concentrations de tous les solutés = osmolarité)

Membrane, gradient et diffusion La membrane (mb) d’une cellule est la frontière entre deux milieux : intracellulaire et extracellulaire Présence de gradients entre ces milieux Diffusion et osmose possibles?...

Dans une cellule artificielle Mb percée de pores  semi-perméable Perméabilité dépend de la taille de la molécule (vs le diamètre des pores) Les principes physiques s’appliquent : mouvement net par diffusion/osmose si… présence d’un gradient membrane perméable à la molécule

Exemples de problèmes… o o B o o B o o B o o o o B o o o B o o o B o o o B o o o B o o o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o o B o Milieu extracellulaire Cellule artificielle (milieu intracellulaire) Membrane de la cellule

1-Soit membrane perméable au soluté A et perméable à H2O (le solvant = o). o o A o o A o o A o o o o A o o o A o o o A o o o A o o o A o o o o A o o o A o o o A o o A o o A o o o A o o o A o o A o o A o o o A o o A o o A o o A o o o A o o o A o o o A o o o o o o o A o o o o o o o o o A o o o o o A o o o o o o o o o o A o o o o o A o o A o o o o o A o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o o A o o o A o o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o o

Mouvement net de A? (rappel : mb perméable) Mouvement net d’ H2O? (rappel : mb perméable) o o A o o A o o A o o o o A o o o A o o o A o o o A o o o A o o o o A o o o A o o o A o o A o o A o o o A o o o A o o A o o A o o o A o o A o o A o o A o o o A o o o A o o o A o [A] milieu extracellulaire = 10 mol/L o o o o o o A o o o o o o o o o A o o o o o A o o o o o o o o o o A o o o o o A o o A o o o o o A o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o o A o o o A o o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o o [A] milieu intracellulaire = 4 mol/L Numéro 1

Mvt net de A (rappel : mb perméable) Mvt net d’H2O (rappel : mb perméable) o o A o o A o o A o o o o A o o o A o o o A o o o A o o o A o o o o A o o o A o o o A o o A o o A o o o A o o o A o o A o o A o o o A o o A o o A o o A o o o A o o o A o o o A o [A] milieu extracellulaire = 10 mol/L o o o o o o A o o o o o o o o o A o o o o o A o o o o o o o o o o A o o o o o A o o A o o o o o A o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o o A o o o A o o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o o [A] milieu intracellulaire = 4 mol/L

Et ce, jusqu’à égalité des concentrations [A] milieu intracellulaire = [A] milieu extracellulaire = ?? o o A o o A o o A o o o o A o o o A o o o A o o o A o o o A o o o o A o o o A o o o A o o A o o A o o o A o o o A o o A o o A o o o A o o A o o A o o A o o o A o o o A o o o A o A o o Ao o A o o A o o A o o o o A o o o A o o o A o o o A o o Ao o o A o o A o o A A o o o o o A o o o o o A o o o o A o o o o o A o o o o A o o A o o A o o o o o A o o o A o o A o o o A o o o A A o o A o o A o o A o o

2-Soit mb imperméable au soluté B et perméable à H2O (le solvant = o). o o B o o B o o B o o o o B o o o B o o o B o o o B o o o B o o o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o o B o o o o B o o o o o B o o o B o o o o o B o o o o o B o o o o o o o B o o o o o B o o B o o o o o B o o o o o B o o o o o o o B o o o o o B o B o o o o o B o o o o o B

Mouvement net de B? (rappel : mb imperméable) Mouvement net d’H2O? (rappel : mb perméable) o o B o o B o o B o o o o B o o o B o o o B o o o B o o o B o o o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o o B o [B] milieu extracellulaire = 10 mol/L o o o B o o o o o B o o o B o o o o o B o o o o o B o o o o o o o B o o o o o B o o B o o o o o B o o o o o B o o o o o o o B o o o o o B o B o o o o o B o o o o o B [B] milieu intracellulaire = 4 mol/L Numéro 2

Aucun mvt net de B (rappel : mb imperméable) Mouvement net d’ H2O (rappel : mb perméable) o o B o o B o o B o o o o B o o o B o o o B o o o B o o o B o o o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o o B o [B] milieu extracellulaire = 10 mol/L o o o B o o o o o B o o o B o o o o o B o o o o o B o o o o o o o B o o o o o B o o B o o o o o B o o o o o B o o o o o o o B o o o o o B o B o o o o o B o o o o o B [B] milieu intracellulaire = 4 mol/L

Et ce jusqu’à égalité des concentrations [B] milieu intracellulaire = [B] milieu extracellulaire = ?? o o B o o B o o B o o o o B o o o B o o o B o o o B o o o B o o o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o o B o o o o B o o B o o B o o o B o o B o o B o o B o o B o o o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o o o o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o B o o o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o B o o B

3- Soit membrane imperméable aux solutés B et C, mais perméable à H2O. o o B o o C o o B o o o o C o o o B o o o C o o o B o o o C o o o o B o o o C o o o B o o B o o C o o o B o o o C o o B o o C o o o B o o C o o B o o C o o o B o o o C o o o B o B o o B o o B o o B o o B B o o o o o B o o B o o B o o o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o o B o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o B o o

Mouvement net de B? (rappel : mb imperméable) Mouvement net de C? (rappel : mb imperméable) Mouvement net d’H2O? (rappel : mb perméable) o o B o o C o o B o o o o C o o o B o o o C o o o B o o o C o o o o B o o o C o o o B o o B o o C o o o B o o o C o o B o o C o o o B o o C o o B o o C o o o B o o o C o o o B o [B] milieu extracellulaire = 5 mol/L [C] milieu extracellulaire = 5 mol/L B o o B o o B o o B o o B B o o o o o B o o B o o B o o o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o o B o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o B o o [B] milieu intracellulaire = 10 mol/L [C] milieu intracellulaire = 0 mol/L Numéro 3

Mvt net d’ H2O?... (rappel : mb perméable) Question : y a-t-il un gradient, une différence d’osmolarité entre les deux milieux?... o o B o o C o o B o o o o C o o o B o o o C o o o B o o o C o o o o B o o o C o o o B o o B o o C o o o B o o o C o o B o o C o o o B o o C o o B o o C o o o B o o o C o o o B o [B] milieu extracellulaire = 5 mol/L [C] milieu extracellulaire = 5 mol/L B o o B o o B o o B o o B B o o o o o B o o B o o B o o o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o o B o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o B o o [B] milieu intracellulaire = 10 mol/L [C] milieu intracellulaire = 0 mol/L

[solutés totaux intracell] = ? [solutés totaux extracell] = ? o o B o o C o o B o o o o C o o o B o o o C o o o B o o o C o o o o B o o o C o o o B o o B o o C o o o B o o o C o o B o o C o o o B o o C o o B o o C o o o B o o o C o o o B o [B] milieu extracellulaire = 5 mol/L [C] milieu extracellulaire = 5 mol/L B o o B o o B o o B o o B B o o o o o B o o B o o B o o o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o o B o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o B o o [B] milieu intracellulaire = 10 mol/L [C] milieu intracellulaire = 0 mol/L

Aucun mvt net de B (rappel : mb imperméable) Aucun mvt net de C (rappel : mb imperméable) Aucun Mvt net d’H2O p.c.q. les deux milieux ont la même osmolarité = 10 osm/L B o o C o o o B o o o C o o B o o C o o o B o o C o o B o o C o o o B o o o C o o o B o o o B o o C o o B o o o o C o o o B o o o C o o o B o o o C o o o o B o o o C o o o B o o [B] milieu extracellulaire = 5 mol/L [C] milieu extracellulaire = 5 mol/L B o o B o o B o o B o o B B o o o o o B o o B o o B o o o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o o B o B o o o B o o o B o o B o o B o B o o B o o B o o B o o [B] milieu intracellulaire = 10 mol/L [C] milieu intracellulaire = 0 mol/L

Rappel : cellules artificielles Membrane semi-perméable car percée de pores Perméabilité dépend de la taille de la molécule (vs diamètre des pores) Les principes physiques s’appliquent : mouvement net par diffusion/osmose si… présence d’un gradient membrane perméable à la molécule

Dans une cellule vivante?... La mosaïque fluide sépare le cytoplasme et le milieu extracellulaire Perméabilité sélective : dépend de la nature des molécules et non de leur taille Principes physiques s’appliquent pour certaines molécules (diffusion simple et osmose)… … mais d’autres phénomènes entrent aussi en jeu (diffusion facilitée, transport actif, transport en vrac)