ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O

ECOLE NATIONALE VETERINAIRE T O U L O U S E Les sites et mécanismes d’absorption Physiologie de l’entérocyte P. L. Toutain Update sept 2008 1

Les sites d’absorption 2

Site d’absorption et vidange gastrique Absorption Estomac Surface Débit sang (L/min) 1 m² 0. 15 200 m² 1. 0 Chez les monogastriques, la partie proximale de l’IG est le principal site d’absorption 3

Adaptations anatomiques et physiologiques de l’intestin à l’absorption 5

Taille et surface des segments du tube digestif Longueur Diamètre cm (cm) Bouche Esophage Estomac Duodenum Jéjunum i. Iéon Caecum Côlon Rectum 15 -20 25 25 25 300 60 10 150 20 10 2. 5 15 5 7 5 2. 5 Surface d’absorption (m²) 0. 07 0. 02 0. 11 0. 09 60 60 0. 05 0. 15 0. 015 6

Amplification de la surface: Valvules, villosités et microvillosités de l’intestin Microvillosités *600 Valvules *3 Villosités *30 7

Structure de l’épithélium en fonction du site du tube digestif 9

L’ entérocyte • L’entérocyte est la cellule intestinale dédiée à l’absorption • Ils forment un épithélium qui ne possède qu’une couche de cellule • Cette monocouche est portée par la lamina propria qui contient les vaisseaux sanguins et lymphatiques 10

Villosités et entérocyte avec ses microvillosités Absorptive cell microvillosités Villus Jonctions sérrées Cellule en goblet Canal lymphatique Capillaires Desmosome Mitochondries Rough endoplasmic reticulum Intercellular space Arteriole Venule 11

L’ entérocyte: cycle cellulaire • Les entérocytes sont formés continuellement dans les cryptes de Lieberkühn et migrent au sommet des villosités en 2 -5 jours • Ensuite ils desquament dans la lumière intestinale 12

Microvillosités & Glycocalyx Microvillosités 13

Le glycocalyx Glycocalyx Matériel fibrillaire riche en glycoprotéines recouvrant la membrane apicale des entérocyte Cell membrane Microvillus Actin filaments Mycosin filament Terminal web Glycocalyx : filaments de polysaccharides Très adhérent à la cellule (contrairement au mucus) Tamis moléculaire dans lequel se poursuit la digestion (diffusion comme dans un gel) 15

Absorption 17

Absorption intestinale: voies de passage cellulaires • Voie paracellulaire – Une barrière: les jonction serrées – Eau , Cl- Petites molécules hydrosolubles • Voie transcellulaire Multiples mécanismes de passage 18

Passage paracellulaire • Voir la diaporama sur l’absorption de l’eau et des électrolytes 19

Les mécanismes de passage transcellulaire de l’entérocyte 23

Les mécanismes de passage transcellulaire de l’entérocyte • En masse – Endocytose (Pinocytose, phagocytose) • Sous forme moléculaire – Passif vs actif – Avec ou sans l’aide d’une protéine 24

Transports ioniques et moléculaires 25

Principe de passage à travers la membrane plasmique • La membrane est une bicouche lipidique dont la partie centrale est hydrophobe • L’hydrophobicité de la partie centrale de la membrane empêche le passage de la plupart des molécules polaires • La cellule a besoin de système de transport pour absorber (ou éliminer) des analytes polaires 26

Principe de passage à travers la membrane plasmique • La membrane est perméable aux: – Molécules non polaires • Lipides solubles (stéroïdes). – Molécules polaires de petite taille et non chargée comme l’eau • La membranes est imperméable aux: – Grosse molécules polaires (glucose). – Aux Ions (Na+). 27

Transport à travers la membrane plasmique 28

Mécanismes de transport à travers les entérocytes 1. Directement à travers la membrane • Diffusion et osmose (osmose =diffusion de l’eau) 2. En lmpliquant une protéine membranaire: 1. Canaux (canaux ioniques) et pores (porines) • Débit=107 -108 ions par sec 2. Transporteurs • • • diffusion facilitée: uniport transport actif : symport; antiport Débit=102 -104 molécules par sec 3. Pompes – – Protéines qui hydrolysent l’ATP appelées ATPases Débit=102 -103 ions par sec 29

Débits des systèmes de transfert 30

Canaux, pores et transporteurs • • Aquaporines = transport de l’eau Ionophores = transport des ions Uniport = transport d’ une seule substance Transports couplés : transport simultané de 2 analytes ou plus – Symport: transport de 2 analytes dans la même direction – Antiport: transport de 2 analytes en direction opposée 31

Les protéines de transport membranaire Figure 15 -3 33

Mécanismes de transport à travers les entérocytes Avec besoin ou non d’énergie: – Transport passif: • Le long d’un gradient de concentration – Ne nécessite pas d’ATP – Ex: osmose; diffusion & diffusion facilitée; – Transport actif • Mouvement net contre un gradient de concentration – Requiert directement ou indirectement de l’ ATP 34

La diffusion passive 35

Diffusion et gradient Diffusion: Mouvements browniens se faisant uniquement sous l’action des forces themodynamiques Si une membrane sépare deux compartiments, le passage par diffusion simple se fera sous l’action d’un gradient (une force) électrochimique (gradient d’origine chimique et gradient d’origine électrique) 36

Diffusion au travers d’une membrane – Pas de consommation d’énergie – Descente le long d’un gradient de concentration – Pas de transporteur – Pour des molécules lipophiles – Cinétique linéaire • certains minéraux et la plupart des graisses, l’alcool 37

Diffusion passive de l’eau ou osmose • L’eau est une molécule polaire de petite taille (18 daltons) • Grâce à cette petite taille elle peut diffuser directement à travers la membrane • La membrane de l’ entérocyte est semi-perméable et elle laisse passer l’eau par diffusion c’est-à-dire par osmose • Rem: l’eau peut également passer par des pores nommés aquaporines dans certains tissus notamment dans le côlon pour ce qui est du tube digestif 38

Diffusion passive impliquant des canaux, des pores ou des transporteurs spécialisés 39

Diffusion passive facilitée par des canaux ou des pores 40

Canaux et porines • Certains protéines agissent comme des pores passifs permettant la diffusion des ions (canaux ioniques) ou de petites molécules non ionisées (eau, nucléotides, polypeptides ) avec une capacité de 107 à 108 molécules par seconde et selon leur gradient • Ne demande pas d’énergie car l’analyte suit un gradient de concentration (molécule non chargée) ou un gradient ionique (molécules chargées) 41

Canaux ioniques • Canaux hydrophiles • Ouverts ou fermés • Durée d’ouverture très brève (millisecondes) qui laisse passer des paquets d’ions (milliers d’ions) • Ne nécessite pas d’énergie • Sélectivité – Certains laissent passer plusieurs ions (Na+ et K+) – D’autres forment un canal aqueux central avec un filtre de sélectivité 42

Diffusion passive facilitée par des transporteurs (perméases) 45

Diffusion facilitée – Mouvement de diffusion d’une molécules à travers une membrane grâce à une protéine de transport encore appelée perméase – Le transporteur (uniport) joue un rôle analogue à celui d’un récepteur (spécificité) – Mouvement dans le sens du gradient de concentration qui ne nécessite pas d’énergie – Mécanisme utilisé par les molécules insolubles dans les lipides (pas de diffusion passive) et trop grosse pour passer par des pores (ex: glucose – Ex: glucose, fructose, galactose 46

Diffusion facilitée par un uniport modèle Ping Pong • La protéine de transport (uniport) en se transconformant sous l’action du ligand assure le rôle d’une navette entre les deux faces d’une membrane; • elle crée un passage hydrophile dans la zone hydrophobe de la membrane • Transport lent mais prolongé 47

Transporteur vs. canal ou porine • La différence entre un canal et un transporteur est dû au ligand qui entraîne un changement conformationnel de la protéine de transport (récepteur) qui va ainsi transférer le ligand • Le transporteurs va osciller entre 2 conformation stéréochimique (modèle ping pong) • Le transporteur fonctionne un peu à la manière d’un tourniquet le ligand étant la « main » qui fait tourner le tourniquet alors que le canal serait plutôt l’analogue d’un tunnel

Implication de la diffusion facilitée dans l’absorption du glucose • Diffusion facilitée à la membrane apicale (Glut-5) • Diffusion facilitée à la membrane basale (GLUT-2) • Rem: l’absorption du glucose à la membrane apicale implique également des mécanisme actif de symportage avec le Na+ (SGLT) 49

Diffusion facilitée: le glucose Les transporteurs dédiés au transport passif facilité du glucoses sont nommés GLUT (GLUT 5 et GLUT 2) (Les transporteurs pour le transport actif du glucose sont les SGLT) 50

Glucose: transport passif (facilté) par les transporteurs GLUT vs. cotransportage secondairement actif par le transporteur SGLT-1 + Intestinal Epithelial cell Na Glucose Galactose Fructose; also glucose, Glucose +Galactose Na SGLT-1 GLUT-5 Glucose Galactose Na+ Fructose Glucose Galactose contraluminal membrane Lumen of intestine Brush border Na+ 2 K+ 3 Na+ 2 K+ ATP ADP + Pi + 3 Na+ 2 K GLUT-2 to capillaries = facilitated diffusion + = Na -dependent co-transport 3 Na+ 2 K+ = Na, K-ATPase 51

Comparaison du transport du glucose par diffusion passive ou par diffusion facilitée 3 caractéristiques 1. Plus grand débit que la diffusion passive 2. Saturabilité 3. Spécificité Figure 15 -5 52

Transport actif primaire (direct) 56

transport actif direct La protéine de transport est aussi une ATPase 57

Exemple de transport actif direct : la pompe Na+/K+ • La pompe située sur la basale de l’ entérocyte élimine activement du Na+ (qui va sortir de la cellule) contre du K+ (qui pénètre dans la cellule) • Ce mécanisme crée un gradient en Na+ (faible concentration intracellulaire en Na+) ce qui fournira indirectement de l’énergie au transport apicale d’autres molécules dont le transport est couplé à celui du Na+ pour entrer dans l’entérocyte 58

Caractéristiques de l’ absorption active • Transporteurs membranaires protéiques • Remontée contre un gradient de concentration • Affinité et sélectivité des transporteurs • Couverture d’énergie avec de l’ATP • Cinétique saturable de type Michaelis-Menten – Ex: Na+, K+, acides aminés 60

Transport actif secondaire 61

Transport actif secondaire (indirect): L’exemple du glucose • Le transport du glucose est couplé à celui du Na+ (pôle apical, bordure en brosse) • L’énergie nécessaire à ce co-transport permettant au glucose d’aller contre son gradient de concentration est fournie par le gradient de Na+. • L’hydrolyse de l’ATP par une pompe Na+/K+ est nécessaire pour maintenir le gradient de [Na+] (pôle capillaire) 62

Exemple du passage du glucose par le le symport Na+-glucose SGLT 1 • L’activité du transporteur SGLT 1 est déterminée par la pompe Na+/K+ ATPase localisée sur la membrane basale de l’ entérocyte. • Cette pompe maintient un gradient électrochimique de Na+ à travers la membrane apicale en extrudant activement du Na+ hors de la cellule au pôle basal. • Le glucose ressortira au pôle basale de l’entérocyte par diffusion facilitée (GLUT 2) 64

Glucose: cotransportage secondairement actif du glucose par le transporteur SGLT-1 Glucose Intestinal Epithelial cell Na+ Galactose Glucose +Galactose Na Lumen of intestine SGLT-1 Glucose Galactose Na+ Fructose Glucose Galactose contraluminal membrane Brush border Na+ 2 K+ 3 Na+ 2 K+ ATP ADP + Pi + 3 Na+ 2 K GLUT-2 to capillaries = facilitated diffusion + = Na -dependent co-transport 3 Na+ 2 K+ = Na, K-ATPase 65

Les mécanismes de passage transcellulaire en masse de l’entérocyte Endocytose: Pinocytose & phagocytose 66

Pinocytose/phagocytose Pinocytose « buvée cellulaire » Pinocytose médiée par un récepteur Phagocytose « ingestion cellulaire » 67

• Endocytose : – Permet à de grosses particules, des structure micellaires (issues de la digestion des lipides) ou des macromolécules d’enter dans la cellule. – Phagocytose (absorption d’une grosses particules comme les bactéries) et pinocytose (absorption de liquide contenant des solutés comme pour de grosses protéines) vésicule pinocytaire

Absorption intestinale: Pinocytose • Passage transcellulaire en masse de liquide (Bulk transport) qui nécessite de l’énergie – Absorption des immunoglobulines chez le nouveau-né – Les immunoglobulines sont trop grosses pour passer par des transporteurs 69