Les transports
membranaires
Perméabilité des membranes et transporteurs membranaires
La membrane cytoplasmique, interface entre la cellule et son environnement, est le lieu de passage de très nombreux composés minéraux et organiques qui alimentent le métabolisme cellulaire ou qui sont évacués en tant que déchets. Seules les molécules hydrophobes, les gaz dissous, l’eau et les molécules hydrophiles (polaires) non chargées, de faible masse moléculaire, franchissent les bicouches phospholipidiques avec une certaine facilité, sous l’action de la seule diffusion. • Les transporteurs membranaires : tous les composés polaires de masse élevée, les molécules organiques chargées et les ions minéraux sont totalement arrêtés par ces mêmes bicouches ; or, tous sont d’une importance capitale pour le fonctionnement des cellules (métabolisme, potentiel de membrane…). Pour pénétrer dans les cellules, ces derniers doivent donc emprunter des dispositifs appropriés, constitués par des canaux, des pores ou des protéines porteuses : il s’agit de protéines transmembranaires de grande taille, souvent constituées de plusieurs sous-unités, qui fonctionnent de deux façons très différentes.
• Les transports passifs facilités : ces transporteurs accélèrent les transports par diffusion en constituant de simples orifices sélectifs à travers la bicouche (canaux ioniques et pores, tels que les aquaporines), ou en fonctionnant à la manière des enzymes, c’està-dire en reconnaissant la molécule à internaliser au niveau d’un site spécifique, et en subissant un changement de conformation qui amène la molécule de l’autre côté de la membrane (protéines porteuses ou perméases).
• Les transports actifs : ils permettent de faire passer des molécules ou des ions dans le sens contraire de leur gradient électrochimique (contre les forces de diffusion), en utilisant donc une source d’énergie. On en distingue deux types : 1) les transports actifs primaires, qui utilisent l’hydrolyse de l’ATP comme source d’énergie (pompe Na/K ATP dépendante), et 2) les transports actifs secondaires, qui impliquent un transport couplé (cotransport) entre un ion dit « moteur », qui suit son 2 0 Biologie cellulaire en 30 fiches gradient électrochimique (par diffusion) et entraîne en même temps (par symport ou antiport) le mouvement d’une molécule organique ou d’un autre ion dans le sens inverse de leur propre gradient (transport actif). Le maintien du gradient de l’ion moteur nécessite évidemment l’intervention d’une pompe ATP dépendante. Il existe enfin une catégorie universelle et très originale de transporteurs actifs consommant de l’ATP, les transporteurs dits « ABC », qui ne peuvent être étudiés en détail ici. Très représentés dans toutes les cellules, ils sont capables de transporter toutes sortes de composés, depuis les ions minéraux jusqu’aux protéines !
Perméabilité des membranes et transporteurs membranaires
La membrane cytoplasmique, interface entre la cellule et son environnement, est le lieu de passage de très nombreux composés minéraux et organiques qui alimentent le métabolisme cellulaire ou qui sont évacués en tant que déchets. Seules les molécules hydrophobes, les gaz dissous, l’eau et les molécules hydrophiles (polaires) non chargées, de faible masse moléculaire, franchissent les bicouches phospholipidiques avec une certaine facilité, sous l’action de la seule diffusion. • Les transporteurs membranaires : tous les composés polaires de masse élevée, les molécules organiques chargées et les ions minéraux sont totalement arrêtés par ces mêmes bicouches ; or, tous sont d’une importance capitale pour le fonctionnement des cellules (métabolisme, potentiel de membrane…). Pour pénétrer dans les cellules, ces derniers doivent donc emprunter des dispositifs appropriés, constitués par des canaux, des pores ou des protéines porteuses : il s’agit de protéines transmembranaires de grande taille, souvent constituées de plusieurs sous-unités, qui fonctionnent de deux façons très différentes.
• Les transports passifs facilités : ces transporteurs accélèrent les transports par diffusion en constituant de simples orifices sélectifs à travers la bicouche (canaux ioniques et pores, tels que les aquaporines), ou en fonctionnant à la manière des enzymes, c’està-dire en reconnaissant la molécule à internaliser au niveau d’un site spécifique, et en subissant un changement de conformation qui amène la molécule de l’autre côté de la membrane (protéines porteuses ou perméases).
• Les transports actifs : ils permettent de faire passer des molécules ou des ions dans le sens contraire de leur gradient électrochimique (contre les forces de diffusion), en utilisant donc une source d’énergie. On en distingue deux types : 1) les transports actifs primaires, qui utilisent l’hydrolyse de l’ATP comme source d’énergie (pompe Na/K ATP dépendante), et 2) les transports actifs secondaires, qui impliquent un transport couplé (cotransport) entre un ion dit « moteur », qui suit son 2 0 Biologie cellulaire en 30 fiches gradient électrochimique (par diffusion) et entraîne en même temps (par symport ou antiport) le mouvement d’une molécule organique ou d’un autre ion dans le sens inverse de leur propre gradient (transport actif). Le maintien du gradient de l’ion moteur nécessite évidemment l’intervention d’une pompe ATP dépendante. Il existe enfin une catégorie universelle et très originale de transporteurs actifs consommant de l’ATP, les transporteurs dits « ABC », qui ne peuvent être étudiés en détail ici. Très représentés dans toutes les cellules, ils sont capables de transporter toutes sortes de composés, depuis les ions minéraux jusqu’aux protéines !