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Les membranes cellulaires entourent chaque cellule et certains organites, comme le noyau et le corps de Golgi. Elles sont constituées d'une bicouche phospholipidique qui agit comme une barrière semi-perméable qui régule ce qui entre et sort de la cellule ou de l'organite. Le transport à travers la membrane cellulaire est un processus hautement régulé, qui implique parfois d'investir de l'énergie directement ou indirectement pour faire entrer les molécules dont la cellule a besoin à l'intérieur, ou pour faire sortir celles qui sont toxiques pour elle.
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Équipe enseignants Transport à travers la membrane cellulaire
Quelles sont les méthodes passives de transport à travers la membrane cellulaire ?
Quelles sont les méthodes de transport actif ?
Pour comprendre comment fonctionne le transport à travers la membrane cellulaire, il faut d'abord comprendre comment fonctionnent les gradients lorsqu'il y a une membrane semi-perméable entre deux solutions.
Un gradient est simplement une différence graduelle d'une variable dans l'espace.
Dans les cellules, la membrane semi-perméable est la membrane plasmique avec sa bicouche lipidique, et les deux solutions peuvent être :
La bicouche étant hydrophobe (lipophile), elle ne permet qu'aux petites molécules non polaires de traverser la membrane sans aucune médiation protéique. Que les molécules polaires ou grosses se déplacent sans ATP (c'est-à-dire par transport passif), elles auront besoin d'un médiateur protéique pour traverser la bicouche lipidique.
Il existe deux types de gradients qui conditionnent la direction dans laquelle les molécules vont essayer de se déplacer à travers une membrane semi-perméable comme la membrane plasmique : les gradients chimiques et les gradients électriques.
Lorsque les molécules qui traversent la membrane cellulaire ne sont pas chargées, le seul gradient dont nous devons tenir compte pour déterminer la direction du mouvement pendant le transport passif (en l'absence d'énergie) est le gradient chimique. Par exemple, les gaz neutres comme l'oxygène traverseront la membrane et entreront dans les cellules du poumon parce qu'il y a généralement plus d'oxygène dans l'air qu'à l'intérieur des cellules. C'est l'inverse pour leCO2, dont la concentration est plus élevée dans les poumons et qui se déplace vers l'air sans avoir besoin d'une médiation supplémentaire.
Cependant, lorsque les molécules sont chargées, il faut tenir compte de deux choses : la concentration et les gradients électriques. Les gradients électriques ne concernent que la charge : s'il y a plus de charges positives à l'extérieur de la cellule, en théorie, peu importe que ce soient des ions sodium ou potassium (Na+ et K+, respectivement) qui entrent dans la cellule pour neutraliser la charge. Cependant, les ions Na+ sont plus abondants à l'extérieur de la cellule et les ions K+ sont plus abondants à l'intérieur de la cellule. Par conséquent, si les canaux appropriés s'ouvrent pour permettre aux molécules chargées de traverser la membrane cellulaire, ce seront les ions Na+ qui entreront plus facilement dans la cellule, car ils voyageront en faveur de leur gradient de concentration et de leur gradient électrique.
Lorsqu'une molécule se déplace en faveur de son gradient, on dit qu'elle "descend" le gradient. Lorsqu'une molécule se déplace contre son gradient de concentration, on dit qu'elle se déplace "vers le haut" du gradient.
Les gradients sont essentiels au fonctionnement de la cellule car les différences de concentration et de charge des différentes molécules sont utilisées pour activer certains processus cellulaires.
Par exemple, le potentiel de membrane au repos est particulièrement important dans les neurones et les cellules musculaires, car le changement de charge qui se produit après une stimulation neuronale permet la communication neuronale et la contraction musculaire. S'il n'y avait pas de gradient électrique, les neurones ne pourraient pas générer de potentiels d'action et la transmission synaptique n'aurait pas lieu. S'il n'y avait pas de différence entre les concentrations de Na+ et de K+ de chaque côté de la membrane, le flux d'ions spécifique et étroitement régulé qui caractérise les potentiels d'action ne se produirait pas non plus.
Le fait que la membrane soit semi-perméable et non totalement perméable permet une régulation plus stricte des molécules qui peuvent traverser la membrane. Les molécules chargées et les grosses molécules ne peuvent pas traverser d'elles-mêmes et ont donc besoin de l'aide de protéines spécifiques qui leur permettent de se déplacer à travers la membrane en faveur ou contre leur gradient.
Letransport à travers la membrane cellulaire fait référence au mouvement de substances telles que les ions, les molécules et même les virus qui entrent et sortent d'une cellule ou d'un organite lié à la membrane. Ce processus est très réglementé car il est essentiel au maintien de l'homéostasie cellulaire et à la facilitation de la communication et des fonctions cellulaires.
Les molécules sont transportées à travers la membrane cellulaire de trois manières principales : le transport passif, le transport actif et le transport actif secondaire. Nous examinerons de plus près chaque type de transport dans l'article, mais voyons d'abord la principale différence entre eux.
Transport passif
Diffusion simple
Diffusion facilitée
Transport actif
Transport en vrac
Transport actif secondaire (co-transport)
La principale différence entre ces modes de transport est que le transport actif nécessite de l'énergie sous forme d'ATP, ce qui n'est pas le cas du transport passif. Le transport actif secondaire ne nécessite pas directement d'énergie mais utilise les gradients générés par d'autres processus de transport actif pour déplacer les molécules concernées (il utilise indirectement l'énergie cellulaire).
N'oublie pas que tout mode de transport à travers une membrane peut se produire au niveau de la membrane cellulaire (c'est-à-dire entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule) ou au niveau de la membrane de certains organites (entre le lumen de l'organite et le cytoplasme).
Le fait qu'une molécule ait besoin d'énergie pour être transportée d'un côté à l'autre de la membrane dépend du gradient de cette molécule. En d'autres termes, le fait qu'une molécule soit transportée par le biais d'un transport actif ou passif dépend du fait que la molécule se déplace contre ou en faveur de son gradient.
Le transport passif fait référence au transport à travers la membrane cellulaire qui ne nécessite pas d'énergie provenant de processus métaboliques. Cette forme de transport repose plutôt sur l'énergie cinétique naturelle des molécules et leur mouvement aléatoire, ainsi que sur les gradients naturels qui se forment de part et d'autre de la membrane cellulaire.
Toutes les molécules d'une solution sont en mouvement constant, donc par hasard, les molécules qui peuvent se déplacer à travers la bicouche lipidique le feront à un moment ou à un autre. Cependant, le mouvement net des molécules dépend du gradient : même si les molécules sont en mouvement constant, davantage de molécules traverseront la membrane du côté où la concentration est moindre s'il y a un gradient.
Il existe trois modes de transport passif :
Ladiffusion simple est le mouvement des molécules d'une région à forte concentration vers une région à faible concentration jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint sans la médiation de protéines.
L'oxygène peut librement diffuser à travers la membrane cellulaire en utilisant cette forme de transport passif parce que c'est une petite molécule neutre.
Fig. 1. Diffusion simple : il y a plus de molécules violettes sur la face supérieure de la membrane, donc le mouvement net des molécules se fera du haut vers le bas de la membrane.
Ladiffusionfacilitée est lemouvement des molécules d'une région de forte concentration vers une région de faible concentration jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint avec l'aide de protéines membranaires , telles que les protéines de canal et les protéines porteuses . En d'autres termes, la diffusion facilitée est une simple diffusion à laquelle s'ajoutent des protéines membranaires .
Les protéines de canal fournissent un canal hydrophile pour le passage des molécules chargées et polaires, comme les ions. Quant aux protéines porteuses, elles changent de forme pour le transport des molécules.
Le glucose est un exemple de molécule qui est transportée à travers la membrane cellulaire par diffusion facilitée.
Fig. 2. Diffusion facilitée : il s'agit toujours d'une forme de transport passif car les molécules se déplacent d'une région avec plus de molécules vers une région avec moins de molécules, mais elles traversent un intermédiaire protéique.
L'osmose est le mouvement des molécules d'eau d'une région à potentiel hydrique élevé vers une région à potentiel hydrique plus faible à travers une membrane semi-perméable.
Bien que la terminologie correcte à utiliser pour parler de l'osmose soit le potentiel de l'eau, l'osmose est couramment décrite à l'aide de concepts liés à la concentration. Les molécules d'eau s'écoulent d'une région à faible concentration (grande quantité d'eau par rapport à la faible quantité de solutés) vers une région à forte concentration (faible quantité d'eau par rapport à la quantité de solutés).
L'eau s'écoule librement d'un côté à l'autre de la membrane, mais le taux d'osmose peut être augmenté si des aquaporines sont présentes dans la membrane cellulaire. Les aquaporines sont des protéines membranaires qui transportent sélectivement les molécules d'eau.
Fig. 3. Le diagramme montre le mouvement des molécules à travers la membrane cellulaire pendant l'osmose
Le transportactif est le transport de molécules à travers la membrane cellulaire à l'aide de protéines porteuses et de l'énergie provenant des processus métaboliques sous forme d'ATP.
Lesprotéinesporteuses sont des protéines membranaires qui permettent le passage de molécules spécifiques à travers la membrane cellulaire. Elles sont utilisées à la fois dans ladiffusion facilitée et le transport actif. Les protéines porteuses utilisent l'ATP pour changer leur forme conformationnelle dans le transport actif, ce qui permet à une molécule liée de passer à travers la membrane contre son gradient chimique ou électrique. Dans la diffusion facilitée, cependant, l'ATP n'est pas nécessaire pour changer la forme de la protéine porteuse.
Fig. 4. Le diagramme montre le mouvement des molécules dans le transport actif : note que la molécule se déplace contre son gradient de concentration, et donc que l'ATP est cassé en ADP pour libérer l'énergie nécessaire.
L'absorption d'ions minéraux dans les cellules des poils des racines des plantes est un processus qui repose sur le transport actif. Le type de protéines porteuses impliquées est spécifique aux ions minéraux.
Même si le transport actif habituel auquel nous faisons référence concerne une molécule directement transportée par une protéine porteuse de l'autre côté d'une membrane grâce à l'ATP, il existe d'autres types de transport actif qui diffèrent légèrement de ce modèle général : le cotransport et le transport en vrac.
Comme son nom l'indique, le transport en vrac consiste à échanger un grand nombre de molécules d'un côté à l'autre de la membrane. Le transport en vrac nécessite beaucoup d'énergie et est un processus assez complexe, car il implique la génération ou la fusion de vésicules à la membrane. Les molécules transportées le sont à l'intérieur des vésicules. Les deux types de transport en vrac sont :
Fig. 5. Schéma de l'endocytose. Comme tu peux le voir, l'endocytose peut être divisée en plusieurs sous-types. Chacun d'entre eux a sa propre régulation, mais le point commun est que le fait de devoir générer une vésicule entière pour transporter des molécules à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule est extrêmement coûteux en énergie.
Fig. 6. Schéma de l'exocytose. Comme pour l'endocytose, l'exocytose peut être subdivisée en d'autres types, mais tous deux restent extrêmement consommateurs d'énergie.
Le transportactif secondaire ou cotransport est un type de transport qui n'utilise pas directement l'énergie cellulaire sous forme d'ATP, mais qui nécessite néanmoins de l'énergie.
L'un des exemples de cotransport les plus connus est le cotransporteur Na+/glucose (SGLT) des cellules intestinales. Le SGLT transporte les ions Na+ le long de leur gradient de concentration depuis la lumière des intestins jusqu'à l'intérieur des cellules, générant ainsi de l'énergie. La même protéine transporte également le glucose dans la même direction, mais pour le glucose, aller de l'intestin à la cellule va à l'encontre de son énergie de concentration. Cela n'est donc possible que grâce à l'énergie générée par le transport des ions Na+ par le SGLT.
Fig. 7. Co-transport du sodium et du glucose. Remarque que les deux molécules sont transportées dans la même direction, mais qu'elles ont chacune des gradients différents ! Le sodium se déplace vers le bas de son gradient, tandis que le glucose se déplace vers le haut de son gradient.
Nous espérons qu'avec cet article, tu as pu te faire une idée précise des types de transport à travers la membrane cellulaire qui existent. Si tu as besoin de plus d'informations, consulte nos articles d'approfondissement sur chaque type de transport, également disponibles sur StudySmarter !
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Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
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