1.5 – Types de transports cellulaire SBI 4U Dominic Décoeur

Introduction Quels sont les besoins d’une cellule vivante en matière première pour fonctionner et les déchets produits?

Structure de la membrane cellulaire Épaisseur : 7 à 8 nm Deux feuillets visibles au microscope électronique Il faudrait superposer 10 000 épaisseurs de membrane pour obtenir l’épaisseur d’une feuille de papier. Photographie au microscope électronique d’une membrane 1 nm (nanomètre) = 1/1000 de µm

Rôles de la membrane cellulaire Délimite et garde le contenu de la cellule à l’intérieur. Faite en fonction de laisser entrer et sortir des substances. Empêcher l’entrée de substances nuisibles. Prévenir l’échappement de substances essentielles à la cellule.

Composition chimique de la membrane cellulaire La membrane des cellules est formée d'une double couche de phospholipides associés à d'autres molécules. Glucides : attachés aux lipides ou aux protéines Phospholipides : deux couches Protéines : à la surface et à travers la cellule Cholestérol : entre les phospholipides (15 à 50 % des lipides)

Comportement du phospholipides face à l’eau Groupement phosphate polaire hydrophile Acides gras non polaires hydrophobes

Les phospholipides dans l'eau peuvent s'assembler en une double membrane : Mélangés à l’eau, les phospholipides peuvent former de petites sphères : les liposomes

Mosaïque fluide : Les molécules sont ordonnées, mais se déplacent sans arrêt les unes par rapport aux autres. v ~ 2 m / s Si une molécule de phospholipide avait la taille d’une balle de ping-pong (environ 10 millions de fois plus gros), la vitesse serait de 20 m/s soit environ 70 km/h. À cette échelle, une cellule aurait un diamètre d’environ 200 m. Un phospholipide donné change de position avec un autre plus d’un million de fois par seconde. Ils offrent une certaine fluidité à la cellule. Si une cellule mesure 20 micromètres de diamètre, alors sa circonférence est d’environ 60 micromètres. Il faudrait donc à une molécule de phospholipide qui se déplacerait en ligne droite (ce qui n’est pas du tout le cas) environ 15 secondes pour aller d’un pôle à l’autre de la cellule.

Mosaïque fluide : Le cholestérol stabilise la fluidité : Si la température est haute, il diminue le mouvement des phospholipides ce qui réduit la fluidité. Si la température est basse, il empêche les phospholipides de trop se rapprocher ce qui augmente la fluidité.

Propriétés d’une membrane de phospholipides Peut se réparer d’elle-même Si la membrane est percée ou déchirée, les molécules de phospholipides qui s’étaient écartées les unes des autres peuvent à nouveau se rapprocher et fermer l’ouverture. Peut varier facilement sa taille Si on ajoute des molécules de phospholipides, celles-ci se joignent aux autres et la membrane s’agrandit. Inversement, elle peut réduire sa taille si on enlève des molécules. Permet à une sphère de se diviser Il suffit de resserrer l’équateur d’une sphère pour obtenir deux sphères. *** Deux sphères peuvent fusionner pour en former une plus grande.

Le rôle des protéines dans la membrane cellulaire Beaucoup de substances pénètrent dans la cellule en passant par des protéines formant des "tunnels" à travers la membrane. Certains de ces "tunnels" peuvent se fermer ou s'ouvrir. = valves nanotechnologiques

Canal de membrane

Transport passif Transport de molécules à travers de la membrane sans que la cellule ne dépense de l’énergie. Il y a trois sortes de transport passif : la diffusion l’osmose la diffusion facilitée.

Diffusion Déplacement des molécules d’une région de forte concentration vers une région de faible concentration. Pour des petites molécules Fonctionne bien si la distance est courte Par exemple, l’O2 et CO2 peuvent diffuser directement à travers la bicouche de la membrane

Diffusion Une substance diffuse suivant son gradient de concentration : de la zone la plus concentrée à la zone qui l’est moins.

Diffusion

Diffusion Les molécules de sucre commencent par se dissoudre dans l’eau. Leur concentration est alors très élevée autour du cube de sucre. Les molécules commencent donc à se disperser (diffuser) dans toute la tasse jusqu’à ce que la concentration de molécule de sucre soit égale partout.

Comment la vitesse de diffusion sera-t-elle modifiée si : On élève la température du milieu? On augmente le gradient (la différence) de concentration ? Le nombre de canaux permettant la diffusion augmente ?

Osmose Déplacement des molécules d’eau d’une région de forte concentration vers une région de faible concentration. 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.

Condition hypotonique Condition hypertonique Osmose Condition isotonique Condition hypotonique Condition hypertonique Même quantité d’eau à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule. La diffusion est égale. Plus d’eau à l’extérieur de la cellule qu’à l’intérieur. L’eau veut entrer dans la cellule et ceci peut provoquer son éclatement (lyse). Plus d’eau à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur. L’eau veut sortir et ceci rend la cellule molle (plasmolyse).

Globules rouges en milieu : Isotonique Hypotonique Hypertonique

Globules rouges en milieu hypertonique

Lorsqu’on compare les concentrations de deux solutés : La solution la plus concentrée en soluté est dite hypertonique par rapport à l’autre. La solution la moins concentrée en soluté (la plus diluée), est dite hypotonique par rapport à l’autre. Si les deux solutions ont la même concentration, on les dit isotoniques l’une par rapport à l’autre. L’osmose se fait toujours d’une région hypotonique à une région hypertonique.

Osmose Molécules d'eau libres Molécules d'eau non libres Les molécules de soluté diminuent le nombre de molécules d'eau qui sont libres de se déplacer. L'eau se déplace où les molécules libres sont abondantes à là région où il y en a moins.

Comment le poisson peut-il survivre? Un poisson vivant en eau de mer est-il en milieu hypo, hyper ou isotonique? Eau (par osmose) Sel (par diffusion) L’eau de mer est hypertonique Comment le poisson peut-il survivre?

Comment le poisson peut-il survivre? Dans l’eau douce, les cellules des poissons sont plus concentrées que l’eau, et elles devraient absorber de l’eau par osmose et grossir. Dans l’eau salée c’est le contraire, les cellules des poissons sont moins concentrées que l’eau, et elles devraient libérer leur eau par osmose. Un poisson dans de l’eau douce va absorber de l’eau à travers ses branchies, mais également à travers toutes ses cellules de surface : son système rénal retraite cette eau et conserve l’équilibre. Un poisson dans de l’eau salée, perdrait toute son eau très rapidement si sa peau n’était pas imperméable. Il n’absorbe de l’eau que par ses branchies qui filtrent le sel. Si un poisson d’eau douce venait à se trouver dans de l’eau salée, il mourrait rapidement en perdant une grande partie de l’eau de ses cellules.

Pourquoi boire de l’eau salée donne-t-il soif? L’eau salée est absorbée par l’organisme et se retrouve dans le sang, puis dans le liquide dans lequel baignent les cellules de notre corps. Le milieu entre les cellules étant plus concentré, l’eau sort des cellules par osmose. La sensation de soif apparaît lorsque certaines cellules du cerveau sont suffisant déshydratées pour déclencher le besoin de boire.

Diffusion facilitée Les molécules qui sont trop grosses pour traverser directement la membrane passe par une protéine de transport. (p.ex., le glucose) La protéine doit reconnaître la molécule pour la laisser passer (comme un casse-tête ou une clé et sa serrure). En changeant de forme, sa structure 3D lui permet de faire une ouverture qui laisse entrer la substance dans la cellule. Les molécules chargées (ions + ou -) passe par une autre protéine. Cette protéine ouvre un canal protéique chargé + ou – qui laisse passer les ions de charges opposées.

Fibrose Kystique : problème de Na+ et Cl- car les canaux protéiques fonctionnent inadéquatement et il y a accumulation de mucus. Donc, la condition n’est pas isotonique.

Diffusion facilitée La diffusion se fait par l’intermédiaire d’une protéine de la membrane. N .B. Pas de dépense d’énergie Se fait selon le gradient de concentration

Animation La diffusion facilitée http://highered.mcgraw-hill.com/sites/0072495855/student_view0/chapter2/animation__how_facilitated_diffusion_works.html

La diffusion facilitée pour les molécules chargées Le canal protéique fournit des passages remplis d’eau à travers lesquels de petits ions dissous peuvent diffuser

Transport actif Transport de molécules à travers de la membrane dans le sens contraire de la diffusion. On part d’une région de faible concentration à une région de forte concentration. Plus la différence de concentration est grande, plus la cellule doit fournir de l’énergie (p. ex., monter une côte à bicyclette).

Transport actif : Ressemble à la diffusion facilitée (nécessite un transporteur) mais : Besoin d’une source d’énergie (ATP) Peut se faire CONTRE le gradient de concentration Indique une dépense d'énergie

Transport actif :

Transport actif : Indique une dépense d’énergie

Des exemples concrets Reins : Ils retournent dans le sang le glucose et les aa de l’urine. Intestins : Les cellules absorbent les substances nutritives. Racines : Les cellules des plantes absorbent les minéraux.

Exemple de la Pompe Na – K Lorsque 3 ions Na positifs à l’intérieur de la cellule et 2 ions K positifs du fluide extracellulaire se lient à la protéine de transport, l’ATP permet à la protéine de changer de forme. Ainsi les 3 ions Na se retrouvent à l’extérieur de la cellule et les 2 ions K à l’intérieur.

Animation La pompe sodium-potassium http://www.geniebio.ac-aix-marseille.fr/biocell/docs/pomp2.html

Le transport des grosses particules Lorsque les molécules sont trop grosses pour faire du transport passif ou actif. La membrane se replie sur elle-même pour former une vacuole qui peut « avaler » ou « expulser » une substance. Le transport des grosses particules se fait à l’aide de : L’endocytose L’exocytose

Endocytose La membrane se replie vers l’intérieur afin de laisser entrer des substances dans la cellule. Pinocytose : pour petites particules Phagocytose : pour les grosses particules (bactéries, globules rouge) Par site récepteur : dans la vacuole, il y a des protéines spécifiques qui reconnaissent la substance. (ex : cholestérol)

L’endocytose (A) Les macrophages absorbent les globules rouges affaiblis et les bactéries par phagocytose. (B) Une cellule ingère des particules de solutés en même temps que des fluides par pinocytose.

Phagocytose d’une bactérie par un globule blanc

Exocytose C’est le contraire de l’endocytose. Ce processus consiste à sortir des substances de la cellule. Une vacuole dans la cellule va fusionner avec la membrane pour libérer le contenu dans le fluide extracellulaire (p. ex., le pancréas qui libère l’insuline).

La transmission de l’influx nerveux d’un neurone à l’autre : un exemple d’exocytose Neurone A (transmetteur) vers neurone B (recepteur) 1. Mitochondrie 2. Vésicule synaptique avec neurotransmetteurs 3. Autorecepteur 4. Synapse libérant des neurotransmetteurs 5. Recepteurs postsynaptiques activés par des neurotransmetteurs (induction d'un potentiel postsynaptique ) 6. Canaux calcium 7. Exocytose de vesicules 8. Neurotransmetteur capturé

Un petit résumé… Endocytose = ENTRER Exocytose = « EXIT » 

Animations L’endocytose et l’exocytose http://www.cegeprimouski.qc.ca/dep/biologie/cellule/endocytose html Le transport à travers les membranes cellulaires http://www.ac-creteil.fr/biotechnologies/doc_transportmb.htm http://www.colvir.net/prof/chantal.proulx/701/chap3b_contenu.htm

Quiz : la membrane cellulaire À faire avec les élèves http://www.cegep-sept-iles.qc.ca/suzannebanville/membrane4/abc.html http://www.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/pascal/fya/quizz/membrane.htm

Devoirs p. 34 (3, 4, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 13) p. 38 (1, 4) Révision : (2, 3, 4, 5, 8) p. 40 (11, 17, 19, 21)