Transport membranaire
Transports sans mouvements membranaires : transports passifs et actifs

Citation

« L'imagination est la meilleure compagnie de transport au monde. »

Roger Fournier

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Sommaire


Le transport membranaire est le passage d'une molécule, d'un ion ou d'une particule à travers la bicouche de phospholipides de la membrane plasmique ou des organites.

Perméabilité membranaire
Perméabilité membranaire
(figure © vetopsy.fr d'après Lodisch)

Les transports membranaires peuvent s'effectuer :

Transports membranaires
sans mouvements membranaires

La membrane est hydrophobe et constitue donc une barrière aux substances hydrosolubles. Néanmoins, certaines molécules peuvent pénétrer dans la cellule.

On peut distinguer deux catégories de transports membranaires sans mouvements membranaires selon le passage de l'ion ou de la molécule dans le sens, ou contre le gradient de concentration ou le gradient électrochimique quand la molécule est chargée.

La membrane plasmique possède un potentiel membranaire, sa face de charge positive (externe) et sa face de charge négative (interne) - différence de potentiel de -70mV - peuvent favoriser ou gêner la diffusion selon le gradient de concentration : on parle alors d'un gradient électrochimique, en particulier pour les ions.

Transports passifs

Diffusion simple et osmose
Diffusion simple et osmose
(figure © vetopsy.fr)

Les transports passifs ne consomment pas d'énergie et les molécules traversent selon le sens du gradient de concentration.

Diffusion simple

La diffusion simple concerne un très petit nombre de molécules : O2, CO2, NO, urée, éthanol. Les très petites particules et les particules liposolubles diffusent librement.

La vitesse de cette diffusion dépend de :

  • la taille des molécules,
  • leur absence de polarité et de charge (ions…),
  • leur coefficient de partage ou de partition (rapport solubilité dans les lipides/solubilité dans l'eau : plus elles sont liposolubles, plus rapide est leur passage entre la bicouche de phospholipides membranaires).

Osmose

L'osmose, c'est-à-dire la diffusion de l'eau (solvant), intervient chaque fois que la concentration de molécules dissoutes est inégale de part et d'autre de la membrane.

Les molécules d'eau, très polaires, ne peuvent pas traverser la double couche de lipides, mais, leur petite taille leur permet de passer dans les pores de la plupart des membranes plasmiques.

Diffusion facilitée

La diffusion est dite facilitée quand elle fait intervenir des protéines transmembranaires appelés aussi transporteurs membranaires (perméases ou translocases) qui facilitent la vitesse de passage.

C'est le cas quand les molécules sont hydrophiles et trop grosses pour passer dans les pores de membrane plasmique (glucose par exemple).

Ces protéines (qui interviennent également dans les transports actifs) sont très spécifiques et appartiennent à deux grandes familles.

Diffusion facilitée : canaux protéiques et transporteurs
Diffusion facilitée : canaux protéiques et transporteurs
(figure © vetopsy.fr)

1. Les canaux ioniques (ou protéiques) sont des protéines membranaires en forme de canal qui traversent la membrane de part en part. Lorsque le canal s'ouvre, il laisse passer la molécule (eau, ions, petites molécules). Ces canaux possèdent une barrière (" gate ") qui bloque le canal ou se déplace pour l'ouvrir.

  • Les canaux de fuite (nongated channel), comme la plupart des canaux K+ très nombreux sur la membrane et déterminants dans la charge négative de l'intérieur de la membrane par la fuite de K+ vers le milieu extracellulaire, laissent passer les ions librement.

Attention, on dit généralement qu'ils sont toujours ouverts car ils sont indépendant du voltage ou du ligand, mais ils peuvent être ouverts (la plupart du temps) ou fermés comme tous les autres canaux.

  • Les canaux dépendants d'un ligand (molécule qui peut se lier) ou voltage-dépendant (gated channel) s'ouvrent ou se ferment en réponse à divers signaux chimiques ou électriques.

2. Les transporteurs sont également des protéines transmembranaires, mais qui ne fonctionnent pas comme les canaux ioniques.

  • Lorsqu'il s'active, le transporteur présente un site de fixation à l'ion ou à la molécule à transporter.
  • Il subit alors un changement de conformation qui lui permet de déverser l'ion ou la molécule fixé de l'autre côté de la membrane.

Dans les transports passifs, sans consommation d'énergie, les transporteurs (cf plus bas) sont représentés par les seuls uniports (ou uniporteurs), c'est-à-dire qui ne transportent qu'une seule molécule (ions, acides aminés).

Transports actifs

Les transports actifs peuvent déplacer les ions ou les molécules contre leur gradient de concentration ou leur gradient électrochimique.

Ils peuvent être également trop gros ou insolubles dans les phospholipides de la membrane (ions, acides aminés).

Le transport actif présente des similitudes avec la diffusion facilitée par transporteur du fait de l'utilisation de transporteurs spécifiques, excepté que pour aller contre le gradient de concentration (énergie cinétique), ils doivent utiliser de l'énergie.

Pompe sodium-potassium
Pompe sodium-potassium
(figure © vetopsy.fr)

On en connaît deux types.

1. Les pompes (transporteurs primaires) utilisent l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP pour faire traverser la membrane plasmique à la molécule (ATPases).

2. Les transporteurs dit secondaires (ou co-transporteurs) sont des protéines transmembranaires qui couplent le passage de la molécule avec celui d'un ion (généralement H+ et Na+) : l'énergie, qui provient du déplacement de l'ion selon son gradient électrochimique, provoque le passage de l'autre substance contre son gradient propre (l'ATP n'est pas utilisée).

  • Les symports (symporteurs) les déplacent dans le même sens (glucose et Na+ de la lumière intestinale ou des tubules rénaux vers les cellules par exemple).
  • Les antiports (antiporteurs) les déplacent dans les sens inverse (bande 3 des érythrocytes échange Cl- et HCO2).

En conclusion, on compte trois classes de protéines transmembranaires :

  • les canaux ioniques,
  • les transporteurs (uniporteurs et co-transporteurs : symporteurs et uniporteurs),
  • les pompes.
Différents transporteurs
Différents transporteurs
(© vetopsy.fr)

Transports membranaires avec mouvements membranaires

Biologie cellulaire et moléculaireConstituants de la celluleMatrice extracellulaire
Reproduction cellulaireBiochimie
Transport membranaireEndocytoseEndocytose clathrine-dépendante
Moteurs moléculaires Voies de signalisation

Bibliographie
  • Marieb E. N. - Anatomie et physiologie humaines - De Boeck Université, Saint-Laurent, 1054 p., 1993
  • Maillet M. - Biologie cellulaire - Abrégés de Masson, 512 p, 2002
  • Lodish et coll - Biologie moléculaire de la cellule - De Boeck Supérieur, Saint-Laurent, 1207 p., 2014