Ce type de transport est différent des formes passives de transport, telles que la diffusion et l'osmose, où les molécules se déplacent le long de leur gradient de concentration. En effet, le transport actif est un processus actif qui nécessite de l'ATP pour déplacer les molécules vers le haut de leur gradient de concentration.
Protéines porteuses
Les protéines porteuses, qui sont des protéines transmembranaires, agissent comme des pompes pour permettre le passage des molécules. Elles possèdent des sites de liaison complémentaires à des molécules spécifiques. Cela rend les protéines porteuses très sélectives pour des molécules spécifiques.
Les sites de liaison que l'on trouve dans les protéines porteuses sont similaires aux sites de liaison que l'on trouve dans les enzymes. Ces sites de liaison interagissent avec une molécule de substrat, ce qui indique la sélectivité des protéines porteuses.
Lesprotéines transmembranaires s'étendent sur toute la longueur d'une bicouche phospholipidique.
Lesprotéines complémentaires ont des configurations de site actif qui s'adaptent à la configuration de leur substrat.
Les étapes du transport actif sont décrites ci-dessous.
La molécule se lie à la protéine porteuse d'un côté de la membrane cellulaire.
L'ATP se lie à la protéine porteuse et est hydrolysé pour produire de l'ADP et du Pi (groupe phosphate).
Le Pi s'attache à la protéine porteuse, ce qui la fait changer de forme. La protéine porteuse est maintenant ouverte sur l'autre côté de la membrane.
Les molécules traversent la protéine porteuse jusqu'à l'autre côté de la membrane.
Le Pi se détache de la protéine porteuse, ce qui fait que la protéine porteuse reprend sa conformation initiale.
Le processus recommence.
Le transport facilité, qui est une forme de transport passif, utilise également des protéines porteuses. Cependant, les protéines porteuses nécessaires au transport actif sont différentes car elles nécessitent de l'ATP alors que les protéines porteuses nécessaires à la diffusion facilitée n'en ont pas besoin.
Différents types de transport actif
Selon le mécanisme de transport, il existe également différents types de transport actif :
- Le transport actif "standard" : c'est le type de transport actif auquel les gens font généralement référence lorsqu'ils utilisent simplement le terme "transport actif". C'est le transport qui utilise des protéines porteuses et qui utilise directement l'ATP pour transférer les molécules d'un côté à l'autre d'une membrane. Standard est entre guillemets parce que ce n'est pas le nom qu'on lui donne, car on se contente généralement de l'appeler transport actif.
- Transport en vrac : ce type de transport actif est assuré par la formation et le transport de vésicules qui contiennent les molécules à importer ou à exporter. Il existe deux types de transport en vrac : l'endocytose et l'exocytose.
- Co-transport : ce type de transport est similaire au transport actif standard lorsqu'il s'agit de transporter deux molécules . Cependant, au lieu d'utiliser directement l'ATP pour transférer ces molécules à travers une membrane cellulaire, il utilise l'énergie générée par le transport d'une molécule vers le bas de son gradient pour transporter l'autre ou les autres molécules qui doivent être transportées contre leur gradient.
Selon le sens de transport des molécules dans le transport actif "standard", on distingue trois types de transport actif :
- Uniport
- Symport
- Antiport
Uniport
L'uniport est le mouvement d'un seul type de molécule dans une seule direction. Note que l'uniport peut être décrit dans le contexte de la diffusion facilitée, qui est le mouvement d'une molécule le long de son gradient de concentration, et du transport actif. Les protéines porteuses nécessaires sont appelées uniporters.
Fig. 1 - Le sens du mouvement dans le transport actif uniport
Symport
Lesymport est le mouvement de deux types de molécules dans la même direction. Le mouvement d'une molécule vers le bas de son gradient de concentration (généralement un ion) est couplé au mouvement de l'autre molécule contre son gradient de concentration. Les protéines porteuses nécessaires sont appelées symporteurs.
Fig. 2 - Le sens du mouvement dans le transport actif sympathique
Antiport
L'antiport est le mouvement de deux types de molécules dans des directions opposées. Les protéines porteuses nécessaires sont appelées antiporteurs.
Fig. 3 - Le sens du mouvement dans le transport actif antiport
Le transport actif chez les plantes
L'absorption des minéraux par les plantes est un processus qui repose sur le transport actif. Les minéraux présents dans le sol existent sous leur forme d'ions, tels que les ions magnésium, sodium, potassium et nitrate. Tous ces éléments sont importants pour le métabolisme cellulaire d'une plante, notamment pour la croissance et la photosynthèse.
La concentration des ions minéraux est plus faible dans le sol par rapport à l'intérieur des cellules du chevelu racinaire. En raison de ce gradient de concentration, un transport actif est nécessaire pour pomper les minéraux dans la cellule du chevelu racinaire. Les protéines porteuses qui sont sélectives pour des ions minéraux spécifiques assurent le transport actif ; il s'agit d'une forme d'uniport.
Tu peux également relier ce processus d'absorption des minéraux à l'absorption de l'eau. Le pompage des ions minéraux dans le cytoplasme de la cellule du chevelu racinaire abaisse le potentiel hydrique de la cellule. Cela crée un gradient de potentiel hydrique entre le sol et la cellule du chevelu racinaire, qui entraîne l'osmose.
L'osmose est définie comme le mouvement de l'eau d'une zone à potentiel hydrique élevé vers une zone à potentiel hydrique faible à travers une membrane partiellement perméable.
Comme le transport actif nécessite de l'ATP, tu peux comprendre pourquoi les plantes gorgées d'eau posent des problèmes. Les plantes gorgées d'eau ne peuvent pas obtenir d'oxygène, ce qui réduit considérablement le taux de respiration aérobie. Cela entraîne une diminution de la production d'ATP et donc de la quantité d'ATP disponible pour le transport actif nécessaire à l'absorption des minéraux.
Le transport actif chez les animaux
Les pompes sodium-potassium ATPase (Na+/K+ ATPase) sont abondantes dans les cellules nerveuses et les cellules épithéliales de l'iléon. Cette pompe est un exemple d'antiporteur. 3 Na + sont pompés hors de la cellule pour chaque 2 K + pompés dans la cellule.
Le mouvement des ions généré par cet antiporteur crée un gradient électrochimique. Celui-ci est extrêmement important pour les potentiels d'action et le passage du glucose de l'iléon dans le sang, comme nous le verrons dans la section suivante.
Fig. 4 - Le sens du mouvement dans la pompe Na+/K+ ATPase
Qu'est-ce que le co-transport dans le transport actif ?
Lecotransport, également appelé transport actif secondaire, est un type de transport actif qui implique le mouvement de deux molécules différentes à travers une membrane. Le mouvement d'une molécule vers le bas de son gradient de concentration, généralement un ion, est couplé au mouvement d'une autre molécule contre son gradient de concentration.
Le cotransport peut être soit un symport, soit un antiport, mais pas un uniport. En effet, le cotransport nécessite deux types de molécules alors que l'uniport n'en implique qu'un seul.
Le cotransporteur utilise l'énergie du gradient électrochimique pour entraîner le passage de l'autre molécule. Cela signifie que l'ATP est indirectement utilisé pour le transport de la molécule contre son gradient de concentration.
Glucose et sodium dans l'iléon
L'absorption du glucose implique un cotransport et cela se produit dans les cellules épithéliales de l'iléon de l'intestin grêle. Il s'agit d'une forme de sympathie car l'absorption du glucose dans les cellules épithéliales de l'iléon implique le mouvement du Na+ dans la même direction. Ce processus implique également une diffusion facilitée, mais le cotransport est particulièrement important car la diffusion facilitée est limitée lorsqu'un équilibre est atteint - le cotransport garantit que tout le glucose est absorbé !
Ce processus nécessite trois protéines membranaires principales :
Na+/ K + ATPase pump
Na + / glucose cotransporter pump
Glucose transporter
La pompe Na+/K+ ATPase est située dans la membrane qui fait face au capillaire. Comme nous l'avons vu précédemment, 3Na+ sont pompés hors de la cellule pour chaque 2K+ pompé dans la cellule. Par conséquent, un gradient de concentration est créé car l'intérieur de la cellule épithéliale de l'iléon a une concentration de Na+ inférieure à celle de la lumière de l'iléon.
Le cotransporteur Na+/glucose est situé dans la membrane de la cellule épithéliale qui fait face à la lumière de l'iléon. Le Na+ se lie au cotransporteur en même temps que le glucose. Sous l'effet du gradient de Na+, ce dernier se diffuse dans la cellule en suivant son gradient de concentration. L'énergie produite par ce mouvement permet le passage du glucose dans la cellule contre son gradient de concentration.
Le transporteur de glucose est situé dans la membrane qui fait face au capillaire. La diffusion facilitée permet au glucose de se déplacer dans le capillaire en suivant son gradient de concentration.
Fig. 5 - Les protéines transporteuses impliquées dans l'absorption du glucose dans l'iléon.
Adaptations de l'iléon pour un transport rapide
Comme nous venons de le voir, les cellules épithéliales de l'iléon qui tapissent l'intestin grêle sont responsables du cotransport du sodium et du glucose. Pour un transport rapide, ces cellules épithéliales possèdent des adaptations qui permettent d'augmenter le taux de cotransport, notamment :
Une bordure en brosse composée de microvillosités
Densité accrue de protéines porteuses
Une seule couche de cellules épithéliales
Un grand nombre de mitochondries
Bordure en brosse des microvillosités
La bordure en brosse est un terme utilisé pour décrire les microvillosités qui tapissent les membranes de surface des cellules épithéliales. Ces microvillosités sont des projections en forme de doigts qui augmentent considérablement la surface, ce qui permet à un plus grand nombre de protéines porteuses d'être intégrées dans la membrane de la surface cellulaire pour le cotransport.
Densité accrue des protéines porteuses
La membrane de la surface cellulaire des cellules épithéliales présente une densité accrue de protéines porteuses. Cela augmente le taux de cotransportage car plus de molécules peuvent être transportées à un moment donné.
Une seule couche de cellules épithéliales
Il n'y a qu'une seule couche de cellules épithéliales qui tapisse l'iléon. Cela diminue la distance de diffusion des molécules transportées.
Un grand nombre de mitochondries
Les cellules épithéliales contiennent un nombre accru de mitochondries qui fournissent l'ATP nécessaire au cotransport.
Qu'est-ce que le transport en vrac ?
Letransport en vrac est le mouvement de particules plus grandes, généralement des macromolécules comme les protéines, qui entrent ou sortent d'une cellule à travers la membrane cellulaire. Cette forme de transport est nécessaire car certaines macromolécules sont trop grosses pour que les protéines de la membrane permettent leur passage.
Endocytose
L'endocytose est le transport en vrac de marchandises dans les cellules. Les étapes de ce processus sont décrites ci-dessous.
La membrane cellulaire entoure la cargaison(invagination).
La membrane cellulaire emprisonne la cargaison dans une vésicule.
La vésicule se détache et se déplace dans la cellule, transportant la cargaison à l'intérieur.
Il existe trois types principaux d'endocytose :
la phagocytose
la pinocytose
Endocytose médiée par les récepteurs
La phagocytose
Laphagocytose décrit l'engloutissement de grosses particules solides, telles que les agents pathogènes. Une fois que les agents pathogènes sont piégés à l'intérieur d'une vésicule, celle-ci fusionne avec un lysosome. Il s'agit d'un organite contenant des enzymes hydrolytiques qui décomposeront l'agent pathogène.
Pinocytose
Lapinocytose se produit lorsque la cellule engloutit des gouttelettes de liquide provenant de l'environnement extracellulaire. Cela permet à la cellule d'extraire un maximum de nutriments de son environnement.
Endocytose médiée par les récepteurs
L'endocytose médiée par les récepteurs est une forme plus sélective d'absorption. Les récepteurs intégrés à la membrane cellulaire possèdent un site de liaison complémentaire à une molécule spécifique. Une fois que la molécule s'est attachée à son récepteur, l'endocytose est déclenchée. Cette fois, le récepteur et la molécule sont engloutis dans une vésicule.
Exocytose
L'exocytose est le transport en vrac de marchandises hors des cellules. Les étapes de ce processus sont décrites ci-dessous.
Les vésicules contenant la cargaison de molécules à exocytoser fusionnent avec la membrane cellulaire.
La cargaison contenue dans les vésicules est déversée dans l'environnement extracellulaire.
L'exocytose a lieu dans la synapse, car ce processus est responsable de la libération des neurotransmetteurs par la cellule nerveuse présynaptique.
Différences entre diffusion et transport actif
Tu rencontreras différentes formes de transport moléculaire et tu les confondras peut-être les unes avec les autres. Nous allons ici présenter les principales différences entre la diffusion et le transport actif :
- La diffusion implique le mouvement des molécules vers le bas de leur gradient de concentration. Le transport actif implique le mouvement des molécules vers le haut de leur gradient de concentration.
- La diffusion est un processus passif car elle ne nécessite aucune dépense d'énergie. Le transport actif est un processus actif car il nécessite de l'ATP.
- La diffusion ne nécessite pas la présence de protéines porteuses. Le transport actif nécessite la présence de protéines porteuses.
La diffusion est également connue sous le nom de diffusion simple.
Transport actif - Points clés
- Le transport actif est le mouvement des molécules contre leur gradient de concentration, à l'aide de protéines porteuses et d'ATP. Les protéines porteuses sont des protéines transmembranaires qui hydrolysent l'ATP pour changer sa forme de conformation.
- Les trois types de méthodes de transport actif sont l'uniport, le symport et l'antiport. Elles utilisent respectivement des protéines porteuses uniporteuses, symporteuses et antiporteuses.
- L'absorption des minéraux dans les plantes et les potentiels d'action dans les cellules nerveuses sont des exemples de processus qui reposent sur le transport actif dans les organismes.
- Le cotransport (transport actif secondaire) implique le mouvement d'une molécule vers le bas de son gradient de concentration couplé au mouvement d'une autre molécule contre son gradient de concentration. L'absorption du glucose dans l'iléon utilise le cotransport sympathique.
- Le transport en vrac, un type de transport actif, est le mouvement de macromolécules plus importantes qui entrent ou sortent de la cellule à travers la membrane cellulaire. L'endocytose est le transport en vrac de molécules dans la cellule, tandis que l'exocytose est le transport en vrac de molécules hors de la cellule.
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