Transport Tspt travers les mb Le tspt slectif

Transport (Tspt) à travers les mb ¢ -Le tspt sélectif d'ions et de mol. à travers la mp permet à la ¢ de maintenir son environnement int. constant - Le + souvent : / prot. transmb. -Chaque type ¢ Э un ensemble spécifique de prot. de tspt. les organites intra¢ ont un environnement interne ≠ de celui du cytosol : maintenu / un ensemble spécifique de prot. de tspt.

-1 - Critères de classificat° du tspt -Passif / Actif (= avec consommation d'énergie) -Sans ou Avec. mouvt de mb ( cf cours sur endocytose/exocytose) 2 - Tspt de petites mol. sans mouvt de mb -La bicouche lipidique est ≈ imperméable à la plupart des mol. hydrosolubles, aux ions et très peu perméable à l'eau

-2 -1 - Tspt Passif -2 -1 -1 - Diffus° simple gaz Mb p CO 2

Les mol. diffusent suivant un gradient de concentrat° (GC°): de la zone la + concentrée la zone - concentrée.

-2 -1 -2 - La diffus° facilitée Tspt passif, Suivant un GC° Facilité /: - Prot porteuse ou perméase (glycoprot transmb) - Canal ionique ( complexes macro-mol. formés de X glycoprot) 2 -1 - Prot porteuses -se lient à la mol. qui les traverse - subissent alors un changement de conformat°. - mol transportées ne sont jamais en contact avec la bicouche lipidique. -La vitesse de tspt est - rapide que ds les canaux ioniques mais + rapide que par diffusion simple.

-2 -1 -2 - La diffusion facilitée (suite) 2 -1 - Protéines porteuses (suite) Mode de tspt : saturable, spécifique, 3 types : - Uniport - Co transport: - Antiport - Symport Uniport : -1 seul type de mol. it est tspté -ex: -Entrée dans la ¢ : Na+, Glucose (GLUT 1 à 5) ou AA -Sortie de la ¢ ou d’un organite: Glucose ou AA

Vitesse de pénétrat° du glucose ds la ¢ Exemple 1: tspt du glucose Diffus° facilitée Diffus° simple Km Concentrat° extra¢ de Glucose Le Km (qui caractérise l'affinité d'un tspteur) = concentrat° extra¢ de glucose qui correspond à la ½ de Vmax (vitesse max de tspt)

Ex: spécificité du tspt ,

Exemple 1: transport du glucose (suite) Pour le glucose il existe 12 types de tspteurs GLUT: -GLUT 1 est à la surface des érythrocytes et d'autres ¢, -GLUT 2: uniquement dans le foie et les ¢ b du pancréas ( insuline, -les GLUTs ont une homologie de séquence, mêmes caractéristiques de tspt. mais ils n'ont pas les Exemple 2: transport de l'eau: L’eau peut être tsptée / des prot porteuses spécifiques = aquaporines Э X ¢ (6 types). Tapissent les mb p des ¢ des tubules rénaux la concentrat° de l'urine

Co-transporteur Symport 2 mol sont tsptées ds le même sens Entrée de Na+ dans la ¢ qui entraîne avec lui l’ion ou la molécule à transporter Co-transporteur Antiport 2 mol sont tsptées en sens inverse

Na+ Co tspt Na+ Milieu extra ¢ Cytosol

2 -1 -2 -2 - Canaux protéiques 2 -1 -2 -2 -1 - Jonct°s communicantes (cf cours sur l’adhérence inter¢): -Assurent le tspt rapide de mol. de petite taille comme l'AMP cyclique, le calcium, l'eau, et les ions et favorise l'équilibre ionique entre 2 ¢. Etude fonctionelle Injection d'une molécule fluorescente dans une seule cellule à l'aide d'une micropipette, dont la taille permet le passage par les jonctions communicantes et diffusion rapide aux cellules voisines.

2 -1 -2 -2 -2 - Canaux ioniques - Є la mb p et sur la mb du RE lisse, - Spécifiques d'un ion -La vitesse d’échange est au - 100 X > aux échanges /prot. porteuse -Tspt se fait suivant leur GC° (du + concentré - concentré). -La vitesse de tspt dépend de 3 éléments de l'importance de ce GC° : + il est + le tspt est rapide du gradient électrique (=différence de potentiel = voltage) de part et d'autre de la mb qui résulte d’ 1 déséquilibre de C° des ions + et des ions - La combinaison de ces 2 forces = gradient électro-chimique De la charge de l’élément tspté

2 -1 -2 -2 -2 - Canaux ioniques -s‘ouvrent très rapidement et de façon transitoire (≈ 1 millisec) -sont soit tjrs ouverts, soit fermés -Leur ouverture peut être alors contrôlée soit: - / la tens° électrique de la mb : canaux potentiels dépendants -/ la liaison d’un ligand à un récepteur transmb auquel le canal est lié et qui contrôle l’ouverture du canal. (attention le ligand ≠ la mol. tsptée): canaux ligands dépendants - / l’étirement de la mb canaux activés / l’étirement

2 -1 -2 -2 -2 - Canaux ioniques (suite) -Cx Ligand-dépendants = famille de récepteurs multimériques, chaque monomère a 4 domaines transmb Exs: -Canal lié au récepteur de la glycine, -Un des récepteurs de la sérotonine, -Le récepteur nicotinique musculaire de l'acétylcholine: -dans la ¢ musculaire squelettique ( jonction neuromusculaire) -Formé de 5 sous-unités dont 2 sous-unités a -La liaison de l'acétylcholine (neuromédiateur) aux 2 sous-unités a du récepteur l'ouverture du canal (antiport) : - qui fait rentrer du Na+ -et sortir du K+. .

Le récepteur musculaire de l'acétylcholine Acétylcholine K+ a a a C N Na+ Ceci dépolarise la mp ( voltage) = la contract° musculaire.

-Cx potentiel- dépendants -Ouverture contrôlée / le potentiel de mb et ses variat° -Ex: Canal Na+ potentiel dépendant: Dans la ¢ musculaire la dépolarisat° localisée de la mb liée à la mise en jeu du récepteur de l'acétylcholine activat° des canaux Na+ potentiel dépendants entrée de Na+ supplémentaire dans la ¢ -Cx activés / l'étirement

Synthèse: cx potentiel dépendants +++ - - - - ligand extra¢ cx ligand dépendants +++ - - - ligand intra¢ +++ - - - - cx activés / l’étirement

-2 -1 -3 - Les déplacements de l'eau: On pense souvent à l’eau comme un solvant mais l’eau Э des mol. (H 2 O) qui diffusent + ou - vite à travers les mbs selon un GC°. L'osmose = diffusion passive de l'eau ds milieux les + riches en eau (dilués) les + pauvres en eau (concentrés) /diffusion simple et / diffusion facilitée (aquaporines). Ce mouvt d'eau équilibre les pressions osmotiques de part et d'autre de la mb: -.

2 -1 -3 -1 - Principe d'osmose à travers 1 mb synthétique perméable à l'eau et pas aux solutés A B Les solutions A et B exercent sur la mb une pression proportionnelle à leur concentrat° en soluté dans chacun des compartiments. La pression est donc + forte dans B. A A B B H 2 O Pour la celle-ci et l'égaliser / rapport à la pression en A, l'eau diffuse B. La concentrat° en soluté en B . Mouvt de l'eau : tjrs du compartiment le - concentré vers celui + concentré.

2 -1 -3 -1 - Principe d'osmose au travers d'une membrane synthétique perméable à l'eau et pas au soluté (suite) A B A l'équilibre, le volume d'eau en B sera > volume d'eau en A. La pression osmotique (Posm) = la pression hydrostatique nécessaire pour empêcher le flux net d'eau à travers une mb séparant ds solut°s de concentrati° ≠

La Posm est directement proportionnelle à la ≠ entre le nombre total de mol. de solutés de part et d'autre de la mb. Exemple: une solut° de 0. 5 M de Na. Cl constituée de 0. 5 M de Na+ + 0. 5 M de Cl aura la même pression osmotique qu'une solution de 1 M de glucose.

-2 -1 -3 -2 - Conséquences pour la ¢ des mouvts de l’eau liée à la Posm 1 ¢ peut être placée ds un milieu isotonique, hypotonique ou hypertonique: Isotonique : de même Posm que le milieu intra ¢ , = pas de mouvt net d'eau au travers de la mb p. Hypotonique : Posm + faible que la pression intra ¢ car la C° totale en solutés est + faible dans le milieu extra ¢ que ds le milieu intra ¢. Hypertonique Posm + forte que la pression intra ¢ car la C° totale en solutés est + élevée dans le milieu extra ¢ que ds le milieu intra ¢.

-2 -1 -3 -2 - Conséquences pour la ¢ des mouvts de l’eau liée à la pression osmotique. Ds 1 milieu isotonique, le volume d‘ 1 ¢, reste stable. Pour 1 molécule d'eau qui entre ds la ¢, 1 autre en sort. = pas de flux net d'eau. Ds 1 milieu hypotonique (ex eau)= C° en soluté(s) est + importante en intra¢. Osmose mvt de l'eau va égaliser les pressions de part et d'autre de la mb, = entrée d'eau dans les ¢, éclatement ¢, . globules rouges =d'HEMOLYSE. On observe uniquement des globules rouges fantômes d'apparence translucide puisqu'ils ont perdu leur contenu et ne sont plus composés que de leur mp Ds 1 milieu hypertonique, la C° en solutés est - importante en intra ¢. Osmose, sortie d'eau des PLASMOLYSE.

-2 -2 - Tspt actif / prot. de tspt mb avec consommat° d’énergie -2 -2 -1 - Tspt actif primaire – consomme de l'énergie (ATP) -Seuls les ions tels que le Na+, le Ca++, K+, H+ sont transportés avec consommat° d’ATP contre leur GC°. - Na, K – ATPase

- Na, K – ATPase mp Sites de liaison pour le sodium Site de liaison pour le potassium sodium

- Na, K – ATPase Le sodium se fixe, ce qui déclenche la phosphorylation de la protéine grâce a son activité ATPasique. Cela induit un changement de conformation ce qui permet la sortie de Na+. Puis le potassium vient se fixer ce qui déclenche la déphosphorylation de la protéine ce qui provoque le retour de la protéine à sa conformation initiale et permet le passage du potassium à l'intérieur de la cellule. Au final, il y a échange de 3 Na+ contre deux K+. Ces deux ions migrent tous les deux contre leur gradient de concentration. ATP ADP P = échange de 3 Na+ contre 2 K+. Ces 2 ions migrent tous les 2 contre leur GC°

- H, K-ATPase = pompe à protons. -dans les ¢ de l'estomac -Fonctionne comme un antiport expulse un ion H+ à l'extérieur de la ¢ et fait passer un ion K+ à l'intérieur de la ¢.

-Ca-ATPases -Dans toutes les ¢ = maintient la C° de Ca++ intra¢ très basse par rapport à la C° extra¢ , -Présente à la mp = contrôle la sortie de Ca++. -Une autre dans la mb du RE lisse = contrôle la rentrée de Ca++ dans les citernes du REL. -Uniport -H-ATPase -Sur les mb des lysosomes et des endosomes -acidifie le contenu de ces organites - Dans les ostéoclastes ( cf crs tissu osseux).

-2 -2 -2 - • Tspt actif secondaire – 2 mol ou + interagissent simultanément avec le même transporteur et sont tspt à travers la mb: -dans le même sens (Co-transport= symport) - ou en sens inverse (Contre-transport = antiport) –Une mol "diffuse" dans le sens de son gradient (le + souvent Na+) et fournit ainsi l'énergie par la dissipation de ce gradient -Une autre mol est tsptée "contre" son gradient (glucose, AA) le gradient ionique qui permet ce transport est entretenu en continu par la pompe Na+/K+ ATPase.

- Co-tspt exemples: -Le co-tspteur de Na+/ Glutamate des neurones -Le co-tspteur Na+/ glucose ds la ¢ intestinale 2 Na+ entrent ds la ¢ ds le sens du gradient et 1 glucose passe de la lumière intestinale ds le cytosol contre son gradient. .

sodium glucose M p. Cytosol 2 sodium 1 glucose Co transport Na+/Glucose

Contre-transport Exemple : régulation du p. H intracellulaire : 1 -L’échangeur Na+/H+ : 1 Na+ rentre ds la ¢ ds le sens du gradient et 1 H+ est expulsé hors de la ¢ contre son gradient.

sodium H+ Contre transport Na+/H+

Contre-transport (suite) Le transporteur Na+/HCO 3 -Cl-. -Laisse entrer le Na+/ dans le sens de son gradient accompagné d’un ion - HCO 3 -, -Suivi de l’expulsion d’un ion Cl- hors de la ¢, l’HCO 3 - se combine aux protons issus du métabolisme ¢ pour former du CO 2 qui diffuse hors de la ¢ Les ions H+ sont fournis en permanence / le métabolisme ¢ (catabolisme du glucose) et ces mol. permettent de maintenir le p. H du cytosol entre 7, 2 et 7, 4 = p. H optimum pour le fonctionnement ¢.

H+ Na+ - Na+ Cl- HCO 3 Na+ K+ HCO 3 - + H+ CO 2+H 2 O Milieu extra C

-3 Rôles et exemples de tspt mb -3 -1 - Généralités Rôles ds tspts ioniques Ttes les ¢ : Maintien de l’homéostasie, du potentiel de repos ¢ excitables (neurones, fibres musculaires): Permettent le déclenchement et la propagat° de signaux électriques (=potentiels d’act°): rôle dans l' influx nerveux, la contract° musculaire ¢ non excitables (¢ sécrétrices, sanguines): Transmiss° du Signal, sécrét°.

-3 -2 - Le potentiel de repos = ds ttes les ¢ Potentiel de repos : -70 mv

Les concentrat° en ions de chaque côté de la mb sont ≠ Milieu intra¢ mmoles/l Milieu extra¢, mmoles/l (Na+) = 14 (K+) = 160 (Na+) = 140 (K+) = 3 (Ca 2+)i = 10 -4 (Cl-) = 14 (Ca 2+) = 1 -1, 8 (Cl-) = 150 ions organiques- Protéines et ions phosphates

Au départ on a une ≠ de C° en Na et K de part et d’autre de la mb (pompe Na/K+) Supposons que de part et d’autre d’une membrane on ait autant d’ions + que-: Potentiel nul (autant de + que de -) 10 Cl- et 10 Na+ 0 mv 10 K+ et 10 ions -Potentiel nul (autant de + que de -)

on ajoute des canaux permettant le passage des K+, mais pas des autres ions? ==> diffusion du potassium 13 charges + et 10 - = +3 10 Cl 10 Na+ 3 K+ -30 mv +3 -3 10 ions – 7 K+ 7 charges + et 10 - = -3 La diffusion ne se fera pas jusqu’à équilibre des concentrations du K+ Le gradient électrique qui se forme arrête la diffusion

A l’équilibre, les charges ++ s’accumulent à l’extérieur de la mb et les charges --- à l’intérieur Le K+ cherche à diffuser en suivant son GC° -70 mv +++++ - - - +++++ - - - - - Le K+ est attiré / les charges - intra¢ et repoussé par les charges + extra¢

-3 -2 - Le potentiel de repos (suite) Les 2 tspteurs qui alimentent en continu ce potentiel de repos sont : . -La pompe Na+/ K+ ATPase expulse 3 ions Na+ à l’extérieur et ne fait rentrer que deux ions K+ à l’intérieur de la ¢ entretient le gradient de concentration ionique Na+ et K+ de part et d’autre de la mb. -Le canal de fuite K+ qui est ouvert en permanence K+

-3 -3 - Transport du chlore -Famille des gènes Cl. C (potentiel dépendants) -Icln impliqués dans la régulation du volume cellulaire codés par des Gènes distincts -CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) = Famille des transporteurs ABC (ATP Binding Cassette) : tspt actif / fixat° (binding) puis hydrolyse d’ATP Les mutations du site ABC sur ce canal la maladie génétique la + fréquente : la mucoviscidose (que les anglo-saxons appellent cystic fibrosis). Cette maladie génétique a pour symptômes un encombrement des voies aériennes et digestives par un mucus épais et visqueux, qui n'est pas suffisamment hydraté. Le canal CFTR provoque normalement une sortie de chlore des cellules épithéliales des bronches, ce qui influe secondairement sur les mouvements de l’eau.

-3 -3 - Transport du chlore (suite) COOH

1: co tspt Na/ glucose (tspt actif II) 2 et 4 : Prot porteuse (diffusion facilitée) [G] [G] ¢ utilisatrice ¢ intestinale Sang 2 G 4 [G] G Lumière intestinale G Na+ 1 1 Glucose Na+ G G 3 Na+ K+ ATP ADP+P 3 Na /K ATPase: tspt actif primaire -3 -4 - Tspt du Glucose

-3 -5 - Tspt du calcium Le Ca++ transmet ds informat°s perçues / mp cibles intra¢. dns ttes les étapes de la vie: -Fécondat° -Développement embryonnaire et X fonct°s physiologiques - Contract° musculaire, - Sécrét° - Mémoire. …etc La C° extra¢: Ca++ est : 1, 8 mmol/l. Ds le cytosol elle est basse : 10 -4 mmol/l mais elle peut s'élever rapidement (10 µmol/l) . = le signal Calcium

-3 -5 - Transport du calcium L’ de la C° intra ¢ en Ca++ est due : - soit à une entrée (= influx) de Ca++ venant du milieu extra¢ / cx calciques Ca++ - soit à une libérati° à partir des citernes internes du REL ou sarcoplasmique [Ca] est élevée et où il est lié à diverses protéines : (calséquestrine, calréticuline endoplasmine). Ca++ -Retour à l’équilibre Ca++

-3 -5 - Transport du calcium (suite) Etude des Variat° de C° du Ca++ intra¢ / le FURA-2 Stimulus / de l ’ATP Echelle de variations de la concentration de Ca++ intracellulaire

-3 -5 - Transport du calcium -3 -5 -1 - du Ca++ cytosolique -3 -5 -1 -1 - Les cx calciques potentiel- dépendants -Ces cx calciques Є ¢ excitables et non excitables -Si la mb p est à son potentiel de repos (-70 m. V), les cx Ca++ =fermés, . -Sous l’effet d’une dépolarisat°, ces cx s’ouvrent : le Ca++ entre dans la ¢ suivant le gradient électrochimique. = diffusion facilitée (ss conso d’énergie)

-3 -5 - Transport du calcium -3 -5 -1 -1 - Les cx calciques potentiel- dépendants 2 types de cx calciques. -1: s’active pour de faibles dépolarisat°s (seuil à – 50 m. V) et s’inactive rapidement. = canaux "bas seuil". - 2 nde s’active pour des dépolarisations plus élevées. = canaux " haut seuil". Il existe différents types de canaux calciques : classés T, L N, P, Q, R. A l’origine la classification est fondée sur des critères électro-physiologiques (seuil d’activation et cinétique) et pharmacologiques, Le canal de type L est caractérisé par sa sensibilité à des antagonistes comme la nifédipine utilisée en thérapeutique dans le traitement de l'hypertension artérielle.

-3 -5 - Transport du calcium -3 -5 -1 -2 - Les cx du réticulum. . 1. Les récepteurs à l’IP 3 -La transmiss° du signal de certaines hormones se fait / des récepteurs qui l’hydrolyse de lipides mb / phospholipases product° d’inositol 1, 4, 5, triphosphate (IP 3) = second messager. -L'IP 3 se lie à un récepteur de la mb du REL (= canal calcique), libérant les réserves de Ca++ des citernes vers le cytoplasme. -L'extinct° du signal Ca++ est très rapide : pompes à Ca++ (ATPases): - enferment les ions Ca++ dns REL -ou l'échangent avec des ions Na+ pour le faire sortir de la ¢.

Ligand extra¢ Ca++ Phospholipide: Phosphatidyl inositol Récepteur cytosol IP 3 Phospholipase C Ca++ Récepteur à l’IP 3 REL

-3 -5 - Transport du calcium -. 2. Récepteur ryanodine (RR) Ds les ¢ musculaires et dans les ¢ du pancréas exocrine, : Э ds cx calciques indépendants de l'IP 3, (inhibés spécifiquement / mol végétale, la ryanodine, (d'où leur nom de récepteurs-ryanodine. ) La ryanodine est un alcaloïde extrait de Ryana speciso qui est un inhibiteur à forte concentration et activateur à faible concentration. La caféine est activatrice mais pour des concentrations de l’ordre du m. M. )

-3 -5 - Transport du calcium -. 2. Récepteur ryanodine (RR) Ces récepteurs , mis en jeu si la C° Ca++intra¢ diminue , se lient à un 2 nd messager propre à ces tissus : l'ADP-ribose cyclique: [Ca++]i Ouverture des canaux calciques RR [Ca++]i Activation de l’ADPribosyl cyclase Liaison aux récepteurs ryanodine NAD+ ----- nicotinamide + ADP-ribose cyclique

récepteurs ryanodine canal Calcique ADP-ribose cyclique cytosol REL Ca++

-3 -5 - Transport du calcium -3 -5 -2 - Contrôle de l'homéostasie calcique intra¢ -3 -5 -2 -1 -. Les Calcium-ATPases Sont localisées: - sur la mb p -sur la mb du REL. Le tspt est actif, le Ca++ se déplace contre son gradient électrochimique. -3 -5 -2 -2 - L'échangeur Na+/Ca++

Ca++ 10 sens du gradient du calcium 1: Canal ouvert par la du Ca++ intra ¢ (t. passif) 10 2: Canal potentiel dépendant, ( t. passif) + - 9 Protéine se liant au Ca intra¢ 1 2 [Ca++] 9 8: Stimulus extra¢ formation d'IP 3 4 5 6 Na+ 3 6 Récepteur ryanodine, (t. passif) 3 Echangeur Na+/ Ca++ (t. actif secondaire ) 7 5 Canal ouvert par la liaison à l'IP 3 (t. passif) 4 et 7 Ca++/ ATPase (t. actif primaire )

Uniport et cotransport réfèrent au nombre mol. tsptées antiport/ symport: au sens dans lequel les mol sont tsptées (ds le même sens ou en sens inverse) passif/ actif: à la consommat° d'énergie primaire/ secondaire: au fait que la consommat° d'énergie est soit directe (le transporteur est par ex directement couplé à une ATPase ) ou indirecte (consommat° d’ 1 gradient)

3 -6 -Tspteurs responsables de la multi-resistance aux médicaments MDR: Multidrug Resistance Transporter -La glycoprotéine-P (codée / le gène MDR-1) -Transport actif couplé à une hydrolyse de l’ATP -Appartient à la famille des protéines ABC -Є ¢ de l’ intestin, reins, le foie …. etc Prot. qui forme un canal à la mp expuls° hors de la ¢ de produits xénobiotiques (étrangers) Pesticides, médicaments -très exprimée à la mb des ¢ cancéreuses résistance de ces ¢ à la chimiothérapie -On recherche des molécules capables d’inhiber ce canal pour mieux traiter les patients cancéreux.

3 -6 Tspteurs responsables de la multi-resistance aux médicaments MDR: Multidrug Resistance Transporter En présence d’ inhibiteur Taux d’élimination les ¢ d’un médicament de chimiothérapie. Contrôle: ss inhibiteur Temps (min)