Cours de Biophysique SVI – S3 جـامعـة محمـد الأول كليـة العـلـوم - وجـدة Université Mohammed Premier Faculté des Sciences - Oujda Cours de Biophysique SVI – S3 Abdelkhaleq LEGSSYER Département de Biologie- Oujda a.legssyer@ump.ma

Les solutions bio-électrolytiques Chapitre 1 Les solutions bio-électrolytiques Séance N°3

Biophysique de la membrane Modèle de Singer Nicholson 1972 : mosaïque fluide Protéine intrinsèque (transmembranaire) Protéine extrinsèque interne Protéine extrinsèque externe glycolipides glycoprotéine Bicouche lipidique Tête hydrophile Queue hydrophobe phospholipide 3/31

Biophysique de la membrane Modèle de Singer Nicholson 1972 : mosaïque fluide la membrane plasmique est formée d'une double couche de lipidique à l'intérieur de laquelle sont insérées les protéines (sorte de mosaïque). L’absence de liaisons covalentes entre les lipides fait que les phospholipides peuvent effectuer différents types de déplacements (latéral, rotation, bascule). Ceci explique la fluidité membranaire.

Biophysique de la membrane Structure des membranes Composition chimique : Lipides : rôle structural Phospholipides Cholestérol Glucides : Glycolipides : résidus glucidiques liés à des lipides Glycoprotéines : résidus glucidiques liés à des protéines Protéines : rôle fonctionnel Propriétés physicochimiques Partie hydrophobe ou apolaire : chaîne d’acides gras Partie hydrophile ou polaire : tête des phospholipides 5/31

Biophysique de la membrane Transports membranaires

Biophysique de la membrane Transports membranaires Sous l’effet du gradient de concentration, les solutés ont tendance à traverser la membrane et passer du côté le plus concentré vers le côté le moins concentré. Cependant, la membrane qui assure l’intégrité de la cellule contrôle ce passage. La membrane a une perméabilité sélective. Certaines molécules peuvent traverser la membrane en passant à travers les lipides : cas des molécules de petite taille non chargées comme l’oxygène; Cas des molécules lipidiques comme certaines hormones stéroïdiennes. Les ions et les grosses molécules ont besoin d’un transporteur membranaire (protéine de transport) pour traverser la membrane.

Différents types de transports membranaires Soient l’exemple de 3 solutés A, B et C. Les solutés A et B sont plus concentrés à l’extérieur de la cellule et le soluté C est plus concentré à l’intérieur de la cellule. Transports passifs Transport actif Transports dans le sens du gradient de concentration Transports contre le sens du gradient de concentration A B C C A B Pas de Transporteur Présence de Transporteur Présence de Transporteur et consommation d’énergie Diffusion simple Diffusion facilitée

Différents types de transports membranaires Transports passifs concentration flux Diffusion facilitée Diffusion simple A B A B Diffusion simple Diffusion facilitée La diffusion facilitée présente le phénomène de saturation dû au nombre limité de transporteurs membranaires.

Différents types de transports membranaires Transports passifs Diffusion simple. Transport à travers les lipides membranaires : Sa vitesse dépend de la taille de la molécule et est proportionnelle à la concentration. O2 O2 Diffusion simple

Différents types de transports membranaires Transports passifs Diffusion facilitée. Transport nécessitant un transporteur membranaire (cas de transport de grosses molécules) : Le transporteur est spécifique à la molécule transportée. Sa vitesse est plus rapide et il y a le phénomène de saturation lorsque tous les transporteurs sont occupés. Transporteur (différent du canal Na+) Na+ Libération d’une énergie potentielle Na+ Diffusion facilitée

Différents types de transports membranaires Transports passifs Transport passif par canaux. Le transport se fait à travers un canal membranaire (à la différence de la diffusion facilitée, il n’y a pas de phénomène de saturation). Passage à travers le canal Protéine jouant le rôle de canal membranaire

Différents types de transports membranaires Transports passifs Transport passif par canaux Canaux ouverts en permanence Canaux fermés au repos récepteur + + + + - - - - L’ouverture du canal est déclenchée par une variation de la répartition des charges électriques de la membrane. Canal VOC Canaux de fuite L’ouverture du canal est déclenchée par l’activation d’un récepteur membranaire Canal ROC

Différents types de transports membranaires Transports passifs Transport passif par canaux Canaux ouverts en permanence : Canaux de fuite responsables du potentiel de repos des cellules excitables. Canaux ouverts après une stimulation. par un récepteur : canal de type ROC. Canaux actifs au niveau des synapses. par le voltage : canal de type VOC. Canaux activés lors de la naissance de potentiel d’action.

Différents types de transports membranaires Transports actifs Le transports actifs se fait contre le gradient électrochimique et nécessite de l’énergie. Suivant la source d’énergie; on distingue deux types de transports actifs : Transport actif primaire : énergie fournie par l’hydrolyse de l’ATP. Transport actif secondaire :énergie potentielle libérée par une diffusion facilitée. Ca++ Na+ Transport actif primaire Diffusion facilitée ATP ADP + Pi Glucose Transport actif secondaire

Energie libre d’un transport membranaires Un transport membranaire peut : soit libérer de l’énergie : cas de la diffusion facilitée, soit consommer de l’énergie : cas de transports actifs primaire ou secondaire. Exemple : cas du transport de Na+ Na+ Na+ Glucose ATP ADP + Pi Na+ Na+ Glucose Diffusion facilitée de Na+ libération d’une énergie potentielle Transport actif de Na+ consommation d’énergie

Energie libre d’un transport membranaire L’énergie libre du transport est calculée par l’équation de Gibbs. Exemple : transport du Na+ de l’extérieur vers l’intérieur de la cellule : Na+ ΔGNa+ (ext – int) =  RT x ln ([Na+] int / [Na+]ext) + z . F . ΔΨ)  ΔΨ = Ψ int - Ψ ext Ψ : potentiel électrique ΔΨ doit etre exprimée en V ΔG exprimée en J mol-1 Si ΔG < 0 : libération d’évergie : transport passif Si ΔG > 0 : consommation d’énergie : transport actif Si ΔG = 0 : état d’équilibre, le flux net est nul Remarque sur le rapport de concentration : toujour compartiment d’arrivée compartiment de départ

ΔG > 0 : il s’agit d’un transport actif nécessitant de l’énergie Energie libre d’un transport membranaires Application : Calculer l’énergie libre du transport de Ca++ de l’intérieur vers l’extérieur de la cellule cardiaque sachant que [Ca++]ext = 1 mM et [Ca++]int = 0.0001 mM. On donne : R = 8.32 J mol-1 °K-1 T : 25 °C F = 96500 F Potentiel de la membrane = -70 mV (l’intérieur est négatif) Ca++ + - -70 mV ΔGCa++ (int –ext) =  RT x ln ([Ca++] ext / [Ca++]int) + z . F . ΔΨ)  ΔΨ = Ψext - Ψ int = 70 mV = + 0.070 V (le signe est celui du compartiment d’arrivée) ΔGCa++ (int –ext) = 8.32 x (25+273) x ln (1/0.0001) + 2 x 96500 x 0.07 = 22836 + 13510 = 36 346 J / mol ΔG > 0 : il s’agit d’un transport actif nécessitant de l’énergie

Transports actifs primaires Pompe Na+ / K+ ou ATPase Na+ / K+ Exemple de transports actifs Transports actifs primaires Pompe Na+ / K+ ou ATPase Na+ / K+ Formée par 3 sous unités : α : 110 KDa , β : 40 KDa, γ : 8 KDa Canal Na+ Na+ K+ α β 3 Na+ 2 K+ Canal K+ ATP ADP + Pi

Transports actifs primaires Pompe Na+ / K+ ou ATPase Na+ / K+ Exemple de transports actifs Transports actifs primaires Pompe Na+ / K+ ou ATPase Na+ / K+ La pompe N+/K+ est électrogène. Son bilan électrique est une charge + vers l’extérieur. Elle participe dans le potentiel de repos des cellules excitables. Son rôle est crucial dans le maintien du gradient chimique de Na+ et K+ . Elle est présente dans presque toutes les cellules. Fonctionnement Etape 1 : Fixation des ions à haute affinité, • Etape 2 : Transfert des ions au travers de la membrane • Etape 3 : Libération des ions (réduction d’affinité) Elle participe dans le potentiel de repos des cellules excitables. Inhibiteurs pharmacologiques : ouabaine, glucosides cardiaques

Transports actifs primaires Pompe Ca++ ou ATPase Ca++ Exemple de transports actifs Transports actifs primaires Pompe Ca++ ou ATPase Ca++ Localisation : Membrane plasmique : Membrane du réticulum endoplasmique ou sarcoplasmique (pompe SERCA) ATP ADP + Pi Cellule musculaire Ca++ ATP ADP + Pi Réticulum sarcoplasmique Inhibiteur spécifique : thapsigargine

Transports actifs primaires Exemple de transports actifs Transports actifs primaires Pompe H+ ou ATPase H+ Localisation : Membrane plasmique des cellules pariétales de l’estomac : HCl Lumière de l’estomac K+ Cl- K+ H+ CV ATP ADP + Pi K+ H+ Inhibiteur spécifique : oméprazol

Fin de séance N° 3