Sélectionner une page

9 – Physiologie : Transports membranaires et échanges entre secteurs liquidiens

Transports membranaires et échanges entre secteurs liquidiens

À l’interface des différents secteurs liquidiens se trouvent des barrières biologiques : membrane plasmique entre secteur intracellulaire et milieu intérieur, paroi vasculaire entre plasma et liquide interstitiel, barrière épithéliale entre milieu intérieur et milieu extérieur. L’eau et les solutés peuvent diffuser soit entre les cellules (transports paracellulaires) soit à travers l’épaisseur des cellules (transports transcellulaires).

La membrane plasmique : support des échanges

Au niveau de la membrane plasmique s’effectuent des échanges basés sur des mécanismes de diffusion simple, de transports de molécules organiques et d’ions  et de transports vésiculaires.

Les différents types de transport membranaire.

Les molécules hydrophobes (hormones stéroïdes par exemple) ou apolaires (telles que l’O2 ou le CO2) peuvent traverser la bicouche phospholipidique de la membrane par diffusion simple en s’insinuant entre les lipides. La diffusion simple s’effectue spontanément, sans besoin d’apport d’énergie d’origine métabolique, selon le gradient de concentration de la molécule, c’est-à-dire du compartiment le plus concentré vers le compartiment le moins concentré. C’est donc un mécanisme de transport passif.

L’échange d’eau et de solutés à travers la membrane est facilité par des protéines membranaires appelées transporteurs qui permettent aux cellules d’importer ou d’exporter de manière spécifique et sélective des molécules organiques et des ions. Ces mécanismes peuvent être régulés par le métabolisme cellulaire contrairement à la diffusion simple. Selon le type de protéine, le ux peut s’effectuer selon le gradient de concentration (transport passif facilité) ou contre le gradient de concentration (transport actif).

Les transports vésiculaires permettent aux cellules de libérer par exocytose des molécules généralement de grande taille (peptides ou protéines) ou hydrosolubles (neurotransmetteur par exemple) stockées dans des vésicules cytoplasmiques, ou de puiser par endocytose dans le milieu extracellulaire des molécules qui se retrouvent ensuite stockées dans des vésicules intracellulaires.

Les transports actifs

En consommant de l’énergie produite par le métabolisme cellulaire sous forme d’ATP, les trans- ports actifs sont capables de transporter des solutés contre leur gradient de concentration. Cette propriété permet aux cellules de générer une différence de concentration transmembranaire pour certains solutés. Ces transports actifs sont quali és de primaires car ils sont capables d’hydrolyser l’ATP (ce sont des ATPases).

D’autres transports actifs utilisent comme source d’énergie un gradient de concentration pour un soluté donné qui, en diffusant passivement, fournit l’énergie permettant de transporter d’autres solutés contre leur gradient. Ce sont des transports actifs secondaires car s’ils utilisent une source d’énergie d’origine métabolique – le gradient généré par les transports actifs primaires – ils ne sont pas eux-mêmes capables d’hydrolyser l’ATP. Ce sont obligatoirement des cotransporteurs

Les transports passifs d’ions

Les ions (Na+, K+, Ca2+, Cl−) sont transportés passivement à travers la membrane plasmique par des canaux. Ces transports sont particulièrement importants dans les épithéliums, où ils participent aux phénomènes de sécrétion et de réabsorption ionique (épithéliums digestifs, respiratoires et urinaires par exemple) et dans les cellules excitables (neurones, cellules musculaires) où ces ux d’ions génèrent des signaux électriques, les potentiels d’action.

Les transports de molécules organiques

Les molécules organiques comme le glucose et les acides aminés sont transportées par différents types de transporteurs, passifs et actifs. À travers la barrière des entérocytes (cellules de la lumière intestinale), le glucose est transporté activement au niveau du pôle apical par des cotransporteurs Na+/Glucose (SGLT1), ce qui permet de diriger le glucose de la lumière intestinale vers le cytosol, puis par des transports facilités (GLUT2) au pôle basal, favorisant ainsi la sortie du glucose vers les vaisseaux sanguins. Dans les autres cellules de l’organisme, le glucose diffuse du milieu extracellulaire vers le cytosol par des transports facilités GLUT et alimente ainsi le métabolisme cellulaire. Des mécanismes similaires existent pour les transports d’acides aminés.

Exemples de transport à travers la barrière intestinale.

Transports membranaires et échanges entre secteurs liquidiens

À l’interface des différents secteurs liquidiens se trouvent des barrières biologiques : membrane plasmique entre secteur intracellulaire et milieu intérieur, paroi vasculaire entre plasma et liquide interstitiel, barrière épithéliale entre milieu intérieur et milieu extérieur. L’eau et les solutés peuvent diffuser soit entre les cellules (transports paracellulaires) soit à travers l’épaisseur des cellules (transports transcellulaires).

La membrane plasmique : support des échanges

Au niveau de la membrane plasmique s’effectuent des échanges basés sur des mécanismes de diffusion simple, de transports de molécules organiques et d’ions et de transports vésiculaires.

Les différents types de transport membranaire.

Les molécules hydrophobes (hormones stéroïdes par exemple) ou apolaires (telles que l’O2 ou le CO2) peuvent traverser la bicouche phospholipidique de la membrane par diffusion simple en s’insinuant entre les lipides. La diffusion simple s’effectue spontanément, sans besoin d’apport d’énergie d’origine métabolique, selon le gradient de concentration de la molécule, c’est-à-dire du compartiment le plus concentré vers le compartiment le moins concentré. C’est donc un mécanisme de transport passif.

L’échange d’eau et de solutés à travers la membrane est facilité par des protéines membranaires appelées transporteurs qui permettent aux cellules d’importer ou d’exporter de manière spécifique et sélective des molécules organiques et des ions. Ces mécanismes peuvent être régulés par le métabolisme cellulaire contrairement à la diffusion simple. Selon le type de protéine, le ux peut s’effectuer selon le gradient de concentration (transport passif facilité) ou contre le gradient de concentration (transport actif).

Les transports vésiculaires permettent aux cellules de libérer par exocytose des molécules généralement de grande taille (peptides ou protéines) ou hydrosolubles (neurotransmetteur par exemple) stockées dans des vésicules cytoplasmiques, ou de puiser par endocytose dans le milieu extracellulaire des molécules qui se retrouvent ensuite stockées dans des vésicules intracellulaires.

Les transports actifs

En consommant de l’énergie produite par le métabolisme cellulaire sous forme d’ATP, les trans- ports actifs sont capables de transporter des solutés contre leur gradient de concentration. Cette propriété permet aux cellules de générer une différence de concentration transmembranaire pour certains solutés. Ces transports actifs sont quali és de primaires car ils sont capables d’hydrolyser l’ATP (ce sont des ATPases).

D’autres transports actifs utilisent comme source d’énergie un gradient de concentration pour un soluté donné qui, en diffusant passivement, fournit l’énergie permettant de transporter d’autres solutés contre leur gradient. Ce sont des transports actifs secondaires car s’ils utilisent une source d’énergie d’origine métabolique – le gradient généré par les transports actifs primaires – ils ne sont pas eux-mêmes capables d’hydrolyser l’ATP. Ce sont obligatoirement des cotransporteurs

Les transports passifs d’ions

Les ions (Na+, K+, Ca2+, Cl−) sont transportés passivement à travers la membrane plasmique par des canaux. Ces transports sont particulièrement importants dans les épithéliums, où ils participent aux phénomènes de sécrétion et de réabsorption ionique (épithéliums digestifs, respiratoires et urinaires par exemple) et dans les cellules excitables (neurones, cellules musculaires) où ces ux d’ions génèrent des signaux électriques, les potentiels d’action.

Les transports de molécules organiques

Les molécules organiques comme le glucose et les acides aminés sont transportées par différents types de transporteurs, passifs et actifs. À travers la barrière des entérocytes (cellules de la lumière intestinale), le glucose est transporté activement au niveau du pôle apical par des cotransporteurs Na+/Glucose (SGLT1), ce qui permet de diriger le glucose de la lumière intestinale vers le cytosol, puis par des transports facilités (GLUT2) au pôle basal, favorisant ainsi la sortie du glucose vers les vaisseaux sanguins. Dans les autres cellules de l’organisme, le glucose diffuse du milieu extracellulaire vers le cytosol par des transports facilités GLUT et alimente ainsi le métabolisme cellulaire. Des mécanismes similaires existent pour les transports d’acides aminés.

Exemples de transport à travers la barrière intestinale.