Quelle est la définition de "sélectivement perméable" ?
Une membrane est sélectivement perméable lorsque seules certaines substances peuvent la traverser et pas d'autres. La membrane plasmique est sélectivement perméable parce que seules certaines molécules peuvent la traverser. En raison de cette propriété, des protéines de transport et des canaux sont nécessaires pour que, par exemple, les ions puissent accéder à la cellule ou la quitter.
Laperméabilité sélective désigne la capacité de la membrane plasmique à laisser passer certaines substances tout en bloquant d'autres substances.
Imagine la cellule comme un événement exclusif : certains sont invités à entrer, tandis que d'autres sont tenus à l'écart. En effet, la cellule doit absorber les substances dont elle a besoin pour survivre et se protéger des substances nocives présentes dans son environnement. La cellule est capable de réguler l'entrée des substances grâce à sa membrane plasmique sélectivement perméable.
Les substances qui traversent la membrane peuvent le faire soit passivement, soit en utilisant de l'énergie.
Revenons à notre scénario : la membrane plasmique peut être considérée comme une porte qui enferme l'événement exclusif. Certains participants à l'événement peuvent facilement franchir le portail parce qu'ils ont des billets pour l'événement. De même, les substances peuvent traverser la membrane plasmique lorsqu'elles répondent à certains critères : par exemple, les petites molécules non polaires comme l'oxygène et le dioxyde de carbone peuvent facilement passer, et les grosses molécules polaires comme le glucose doivent être transportées pour pénétrer dans la porte.
Quelle est la cause de la perméabilité sélective de la membrane plasmique ?
La membrane plasmique possède une perméabilité sélective en raison de sa composition et de sa structure. Elle est composée d'une bicouche de phospholipides.
Un phospholipide est une molécule lipidique composée de glycérol, de deux chaînes d'acides gras et d'un groupe contenant du phosphate. Le groupe phosphate constitue la tête hydrophile ("qui aime l'eau") et les chaînes d'acides gras constituent les queues hydrophobes ("qui craignent l'eau").
Les phospholipides sont disposés de manière à ce que les queues hydrophobes soient orientées vers l'intérieur et les têtes hydrophiles vers l'extérieur. Cette structure, appelée bicouche phospholipidique, est illustrée à la figure 1.
Fig. 1 - Bicouche de phospholipides
La bicouche phospholipidique agit comme une frontière stable entre deux compartiments à base d'eau. Les queues hydrophobes s'attachent et forment ensemble l'intérieur de la membrane. À l'autre extrémité, les têtes hydrophiles sont tournées vers l'extérieur, elles sont donc exposées aux fluides aqueux à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule.
Certaines petites molécules non polaires, comme l'oxygène et le dioxyde de carbone, peuvent traverser la bicouche phospholipidique parce que les queues qui forment l'intérieur sont non polaires. Mais d'autres molécules plus grosses et polaires comme le glucose, les électrolytes et les acides aminés ne peuvent pas traverser la membrane parce qu'elles sont repoussées par les queues hydrophobes non polaires.
Quels sont les deux principaux types de diffusion à travers la membrane ?
Le mouvement des substances à travers une membrane sélectivement perméable peut se produire de manière active ou passive.
Transport passif
Certaines molécules ne nécessitent pas l'utilisation d'énergie pour traverser une membrane. Par exemple, le dioxyde de carbone, qui est un sous-produit de la respiration, peut sortir librement d'une cellule par diffusion. La diffusion est un processus au cours duquel les molécules se déplacent dans le sens du gradient de concentration, d'une zone de concentration plus élevée vers une zone de concentration plus faible. C'est un exemple de transport passif.
Un autre type de transport passif est appelé diffusion facilitée. La bicouche phospholipidique est incrustée de protéines qui remplissent diverses fonctions, les protéines de transport déplacent les molécules à travers la membrane par le biais de la diffusion facilitée. Certaines protéines de transport créent des canaux hydrophiles pour le passage des ions sodium, calcium, chlorure et potassium ou d'autres petites molécules. D'autres, appelées aquaporines, permettent le passage de l'eau à travers la membrane. Toutes ces protéines sont appelées protéines de canal.
Un gradient de concentration est créé lorsqu'il y a une différence entre les quantités d'une substance sur les deux côtés d'une membrane. Un côté aura une concentration plus élevée de cette substance que l'autre.
Transport actif
Il arrive que de l'énergie soit nécessaire pour déplacer certaines molécules à travers la membrane. Il s'agit généralement du passage de molécules plus grosses ou d'une substance qui va à l'encontre de son gradient de concentration. C'est ce qu'on appelle le transport actif, un processus par lequel les substances sont déplacées à travers une membrane en utilisant de l'énergie sous forme d'adénosine triphosphate (ATP). Par exemple, les cellules rénales utilisent de l'énergie pour absorber du glucose, des acides aminés et des vitamines, même contre le gradient de concentration. Le transport actif peut s'effectuer de plusieurs façons.
L'une d'entre elles consiste à utiliser des pompes protéiques alimentées par l'ATP pour déplacer des molécules contre leur gradient de concentration. La pompe sodium-potassium en est un exemple : elle pompe le sodium hors de la cellule et le potassium dans la cellule, dans la direction opposée à celle dans laquelle ils circulent normalement par diffusion. La pompe sodium-potassium est importante pour le maintien des gradients ioniques dans les neurones. Ce processus est illustré dans la figure 2.
Fig. 2 - Dans la pompe sodium-potassium, le sodium est pompé hors de la cellule et le potassium est pompé dans la cellule contre le gradient de concentration. Ce processus tire son énergie de l'hydrolyse de l'ATP .
Le transport actif peut également se faire par la formation d'une vésicule autour de la molécule, qui peut alors se combiner avec la membrane plasmique pour permettre l'entrée ou la sortie de la cellule.
- Lorsqu'une molécule est autorisée à entrer dans la cellule par une vésicule, le processus est appelé endocytose.
- Lorsqu'une molécule est excrétée hors de la cellule par une vésicule, le processus est appelé exocytose.
Ces processus sont illustrés dans les figures 3 et 4 ci-dessous.
Fig. 3 - Ce schéma montre comment se déroule l'endocytose.
Fig. 4 - Ce schéma montre comment se déroule l'endocytose.
Quelle est la fonction de la membrane plasmique sélectivement perméable ?
La membrane plasmique est une membrane sélectivement perméable qui séparelecontenu interne de la cellule de son environnement extérieur. Elle contrôle le mouvement des substances qui entrent et sortent du cytoplasme.
La perméabilité sélective de la membrane plasmique permet aux cellules de bloquer, d'autoriser et d'expulser différentes substances en quantités spécifiques : les nutriments, les molécules organiques, les ions, l'eau et l'oxygène sont autorisés à entrer dans la cellule, tandis que les déchets et les substances nocives sont bloqués ou expulsés de la cellule.
La perméabilité sélective de la membrane plasmique est essentielle au maintien de l'homéostasie.
Homéostasie désigne l'équilibre des états internes des organismes vivants qui leur permet de survivre. Cela signifie que des variables comme la température corporelle et le taux de glucose sont maintenues dans certaines limites.
Exemples de membranes à perméabilité sélective
En plus de séparerlecontenu interne de la cellule de son environnement, une membrane sélectivement perméable est également importante pour maintenir l'intégrité des organites à l'intérieur des cellules eucaryotes. Les organites liés à la membrane comprennent le noyau, le réticulum endoplasmique, l'appareil de Golgi, les mitochondries et les vacuoles. Ces organites ont chacun des fonctions très spécialisées, c'est pourquoi les membranes sélectivement perméables jouent un rôle important en les compartimentant et en les maintenant dans un état optimal.
Par exemple, le noyau est entouré d'une structure à double membrane appelée enveloppe nucléaire. Il s'agit d'une double membrane, c'est-à-dire qu'il y a une membrane interne et une membrane externe, toutes deux composées de bicouches phospholipidiques. L'enveloppe nucléaire contrôle le passage des ions, des molécules et de l'ARN entre le nucléoplasme et le cytoplasme.
La mitochondrie est un autre organite lié à la membrane. Elle est responsable de la respiration cellulaire. Pour que celle-ci se déroule efficacement, les protéines doivent être importées de manière sélective dans la mitochondrie tout en gardant la chimie interne de la mitochondrie non affectée par d'autres processus qui se déroulent dans le cytoplasme.
Quelle est la différence entre une membrane semi-perméable et une membrane sélectivement perméable ?
Les membranessemi-perméables et sélectivement perméables gèrent toutes deux le mouvement des matières en laissant passer certaines substances et en en bloquant d'autres. Les termes "sélectivement perméable" et "semi-perméable" sont souvent utilisés de façon interchangeable, mais ils présentent des différences subtiles.
- Une membrane semi-perméable fonctionne comme un tamis : elle laisse passer ou empêche le passage des molécules en fonction de leur taille, de leur solubilité ou d'autres propriétés chimiques ou physiques. Elle implique des processus de transport passif comme l'osmose et la diffusion.
- D'autre part, une membrane sélectivement perméable détermine quelles molécules sont autorisées à traverser en utilisant des critères spécifiques (par exemple, la structure moléculaire et la charge électrique). En plus du transport passif, elle peut utiliser le transport actif, qui nécessite de l'énergie.
Perméabilité sélective - Principaux enseignements
- Laperméabilité sé lective désigne la capacité de la membrane plasmique à laisser passer certaines substances tout en bloquant d'autres substances.
- La membrane plasmique possède une perméabilité sélective en raison de sa structure. La bicouche phospholipidique est composée de phospholipides dont les queues hydrophobes sont orientées vers l'intérieur et les têtes hydrophiles vers l'extérieur.
- Le mouvement des substances à travers une membrane sélectivement perméable peut se produire par transport actif (nécessitant de l'énergie) ou passif (ne nécessitant pas d'énergie).
- La perméabilité sélective de la membrane plasmique est essentielle au maintien de l'homéostasie, l'équilibre des états internes des organismes vivants qui leur permet de survivre.
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