Transports transmembranaires

A. Le transport membranaire des petites molécules 1. Les protéines membranaires

2. Les mécanismes de transport - Le transport passif - Le transport actif

B. La diffusion simple

Une membrane génère une distribution différente des ions ou des molécules de part et d'autre de cette membrane. Les conséquences sont : un gradient de concentration des ions ou des molécules une différence de potentiel électrique entre le milieu intracellulaire (négatif) et le milieu extracellulaire : c'est le potentiel de membrane qui varie de -50 à -200 mV selon le type de cellule

Adolf Fick a observé expérimentalement que le flux est proportionnel au gradient de concentration, ce qui l’a conduit à proposer de le représenter de la manière suivante J= -Dm dc/dx C représente la concentration de l’espèce moléculaire concernée (mol m-3), X la coordonnée spatiale selon laquelle on suit le mouvement de dispersion (m). J est le flux de diffusion (mol m-2 s-1). Le paramètre de proportionnalité Dm est appelé le coefficient de diffusion moléculaire (m2 s-1). C’est ce coefficient de diffusion qui détermine la rapidité avec laquelle les molécules peuvent se déplacer sous l’effet de la diffusion.

Si l’on considère le cas de la diffusion plane qui s’effectue suivant la direction normale à un plan se trouvant à la distance x de l’origine, le flux d’une espèce «i» à travers ce plan au temps t noté Ji(x,t) représente le nombre de moles de «i» traversant ce plan par unité de temps et par unité de surface (mol m-2 s-1). Les lois de Fick décrivent le flux d’une espèce et sa concentration en fonction du temps t et de la distance x.

Facteurs régulant la diffusion simple La liposolublilité Le poids moléculaire La surface d’échange L’ionisation L’épaisseur de la membrane

C. La diffusion facilité Exp: transport de glucose dans la membrane du globule rouge

J= c.Jmax/km+c 1/J = Km/Jmax. 1/c + 1/Jmax J le flux Jmax le flux maximal K l’affinité du transport C concentration Les flux maxima et les constantes d’affinité sont caractéristiques de chaque système Cette équation peut être transformé en 1/J = Km/Jmax. 1/c + 1/Jmax

1. Les transporteurs Exemple Les transporteurs de glucose

* Les aquaporines * Les canaux ioniques * Les connexines 2. Les protéines canal (canaux transmembranaires) Il existe plusieurs types: * Les canaux ioniques * Les connexines * Les aquaporines

Les connexons

Les aquaporines

segment ascendant Segment grêle descendant

* Les canaux ioniques: Très sélectifs Durée d’ouverture a) Propriétés: Rapidité du transport Très sélectifs Durée d’ouverture Participation à la polarité de la membrane Schéma d'un canal ionique. 1 - canal avec sa paroi formée de plusieurs sous-unités protéiques, 2 - vestibule externe, 3 - filtre sélectif, 4 - diamètre du filtre, 5 - site de phosphorylation (éventuel) 6 - membrane cellulaire.

i) Canaux voltage dépendants b) Classification des canaux ioniques selon leur mode d’activation ( mode d’ouverture) i) Canaux voltage dépendants Exp : le canal calcique de type L (lasting: lent)

NB On distingue 2 types de canaux calciques : Ligand-dépendant : l'ouverture du canal est déclenchée par une molécule spécifique Voltage-dépendant : l'ouverture du canal se produit lorsque le potentiel de membrane atteint une certaine valeur.( L, P/Q, N, T)

ii) Canaux activés par des ligands (récepteurs canaux) Exp: le canal du récepteur nicotinique de l’acétylcholine

iii) Canaux activés par des nucléotides Exp: le canal Na/Ca++ activé par le GMPc

iiii) Canaux activés par des seconds messagers Exp : le canal Na/K activé par l’AMPc

iiiii) Canaux inhibés par l’ATP Exp Canal K -ATP des cellules B endocrines Canal potassique sensible à l’ATP : sites de fixation de l’ATP, des sulfonylurées et des glinides. Représentation schématique de l’insertion du canal potassique sensible à l’ATP dans la membrane de la cellule b. B : site de fixation des glinides ; A : site de fixation des sulfonylurées (gliclazide) ; N : site de fixation de l’ATP. Coupe transversale du canal montrant le complexe octamérique dans la membrane constitué de quatre sous-unités SUR 1 entourant quatre sous-unités Kir 6.2. L’ensemble ménage un pore dans la membrane qui permet le passage du potassium

NB Il existe quatre grandes classes de canaux potassiques: les canaux potassiques activés par le calcium - ouverts en réponse à la présence d'ions calcium (ou d'autres molécules activatrices). les canaux potassiques à rectification interne -un courant facilite le passage vers l'intérieur de la cellule. les canaux potassiques à quatre segments transmembranaires- sont constitutivement ouverts ou possèdent une haute activation basale, appelés aussi canaux potassiques de repos ou canaux de fuite, lorsqu'ils sont ouverts, ils permettent aux ions de potassium de traverser la membrane à une vitesse comparable à une diffusion dans de l'eau pure. canaux potassiques dépendants du potentiel - sont des canaux ioniques voltage-dépendants qui s'ouvrent ou se ferment en réponse à des changements dans le potentiel transmembranaire

iiiiii) Canaux activés par un stimulus mécanique

Certains canaux répondent à différent stimulis : exp : le récepteur NMDA activé par le glutamate mais il est aussi voltage dépendant

c. Mouvement des ions

La diffusion simple à travers la membrane le mouvement des molécules est lié à l’agitation thermique

flux entrant= fe = kp A Ce Flux sortant= fs = kp A Ci Flux net F = Kp A (Ce - Ci) A surface de la membrane Kp constante de perméabilité qui dépend de: La nature de la molécule La masse moléculaire de la molécule des propriétés de la membrane de la température

Tant que flux A > flux B, les ions iront de 1 vers 2. Le potentiel de membrane pour lequel le flux A = le flux B (le flux net = 0) s'appelle le potentiel d'équilibre pour l'ion considéré.

force chimique (osmotique) = RT Ln C1/C2 force électrique = ZF E lorsque ces deux forces sont égales: E (potentiel d’équilibre) = RT/ZF Ln C1/C2

Potentiels d'équilibre des différents ions ENa+ = + 60 mV ECa²+ = + 130 mV EK+ = - 90 mV ECl- = - 60 mV au potentiel de repos -90 mV

d. Rôle des canaux ioniques La conduction nerveuse La contraction musculaire La sensibilité de certains récepteurs associés à des canaux

D. Le transport actif 1. Les pompes a. La pompe Na/K ATPase

Consommation d’énergie - fonctionnement Consommation d’énergie Inhibition du transport

b. La pompe Ca Structure de la Ca2+-ATPase  A : domaine activateur N : domaine de fixation du nucléotide P : domaine de phosphorylation En vert : domaine auto-inhibiteur (acides aminés 40 à 95) qui forme une longue hélice α

2. Les transporteurs ABC (ATP binding cassettes) Exp 1. MDR ( multidrog resistance)

Exp. 2 le CFTR(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)

3. Transport actif utilisant le gradient de Na+