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3.1.6 : Transport Actif - Biologie


Les mécanismes de transport actifs nécessitent l'utilisation de l'énergie de la cellule, généralement sous forme d'adénosine triphosphate (ATP). Si une substance doit entrer dans la cellule contre son gradient de concentration, c'est-à-dire si la concentration de la substance à l'intérieur de la cellule doit être supérieure à sa concentration dans le liquide extracellulaire, la cellule doit utiliser de l'énergie pour déplacer la substance. Certains mécanismes de transport actifs déplacent des matériaux de faible poids moléculaire, tels que des ions, à travers la membrane.

En plus de déplacer de petits ions et molécules à travers la membrane, les cellules doivent également éliminer et absorber des molécules et des particules plus grosses. Certaines cellules sont même capables d'engloutir des micro-organismes unicellulaires entiers. Vous avez peut-être correctement émis l'hypothèse que l'absorption et la libération de grosses particules par la cellule nécessitent de l'énergie. Une grosse particule, cependant, ne peut pas traverser la membrane, même avec l'énergie fournie par la cellule.

Gradient électrochimique

Nous avons discuté de simples gradients de concentration (concentrations différentielles d'une substance à travers un espace ou une membrane), mais dans les systèmes vivants, les gradients sont plus complexes. Parce que les cellules contiennent des protéines, dont la plupart sont chargées négativement, et parce que les ions entrent et sortent des cellules, il existe un gradient électrique, une différence de charge, à travers la membrane plasmique. L'intérieur des cellules vivantes est électriquement négatif par rapport au liquide extracellulaire dans lequel elles baignent ; en même temps, les cellules ont des concentrations plus élevées de potassium (K+) et des concentrations plus faibles de sodium (Na+) que le liquide extracellulaire. Ainsi, dans une cellule vivante, le gradient de concentration et le gradient électrique de Na+ favorise la diffusion de l'ion dans la cellule, et le gradient électrique de Na+ (un ion positif) a tendance à le conduire vers l'intérieur chargé négativement. La situation est cependant plus complexe pour d'autres éléments comme le potassium. Le gradient électrique de K+ favorise la diffusion de l'ion dans la cellule, mais le gradient de concentration de K+ favorise la diffusion dehors de la cellule (Figure 3.6.1). Le gradient combiné qui affecte un ion s'appelle son gradient électrochimique, et il est particulièrement important pour les cellules musculaires et nerveuses.

Se déplacer contre un dégradé

Pour déplacer des substances contre une concentration ou un gradient électrochimique, la cellule doit utiliser de l'énergie. Cette énergie est récoltée à partir de l'ATP qui est généré par le métabolisme cellulaire. Les mécanismes de transport actifs, appelés collectivement pompes ou protéines porteuses, agissent contre les gradients électrochimiques. À l'exception des ions, les petites substances traversent constamment les membranes plasmiques. Le transport actif maintient les concentrations d'ions et d'autres substances nécessaires aux cellules vivantes face à ces changements passifs. Une grande partie de l'approvisionnement en énergie métabolique d'une cellule peut être dépensée pour maintenir ces processus. Parce que les mécanismes de transport actifs dépendent du métabolisme cellulaire pour l'énergie, ils sont sensibles à de nombreux poisons métaboliques qui interfèrent avec l'approvisionnement en ATP.

Deux mécanismes existent pour le transport de matériaux de faible poids moléculaire et de macromolécules. Le transport actif primaire déplace les ions à travers une membrane et crée une différence de charge à travers cette membrane. Le système de transport actif primaire utilise l'ATP pour déplacer une substance, telle qu'un ion, dans la cellule, et souvent en même temps, une deuxième substance est déplacée hors de la cellule. La pompe sodium-potassium, une pompe importante dans les cellules animales, dépense de l'énergie pour déplacer les ions potassium dans la cellule et un nombre différent d'ions sodium hors de la cellule (Figure 3.6.2). L'action de cette pompe se traduit par une différence de concentration et de charge à travers la membrane.

Le transport actif secondaire décrit le mouvement de la matière utilisant l'énergie du gradient électrochimique établi par le transport actif primaire. En utilisant l'énergie du gradient électrochimique créé par le système de transport actif primaire, d'autres substances telles que les acides aminés et le glucose peuvent être introduites dans la cellule par les canaux membranaires. L'ATP lui-même est formé par le transport actif secondaire en utilisant un gradient d'ions hydrogène dans la mitochondrie.

Endocytose

L'endocytose est un type de transport actif qui déplace des particules, telles que de grosses molécules, des parties de cellules et même des cellules entières, dans une cellule. Il existe différentes variantes d'endocytose, mais toutes partagent une caractéristique commune : la membrane plasmique de la cellule s'invagine, formant une poche autour de la particule cible. La poche se pince, ce qui fait que la particule est contenue dans une vacuole nouvellement créée qui est formée à partir de la membrane plasmique.

La phagocytose est le processus par lequel de grosses particules, telles que des cellules, sont absorbées par une cellule. Par exemple, lorsque des micro-organismes envahissent le corps humain, un type de globule blanc appelé neutrophile élimine l'envahisseur par ce processus, entourant et engloutissant le micro-organisme, qui est ensuite détruit par le neutrophile (figure 3.6.3).

Une variante de l'endocytose est appelée pinocytose. Cela signifie littéralement « la cellule qui boit » et a été nommé à une époque où l'on supposait que la cellule absorbait délibérément du liquide extracellulaire. En réalité, ce processus absorbe les solutés dont la cellule a besoin à partir du liquide extracellulaire (Figure 3.6.3).

Une variante ciblée de l'endocytose utilise des protéines de liaison dans la membrane plasmique qui sont spécifiques de certaines substances (figure 3.6.3). Les particules se lient aux protéines et la membrane plasmique s'invagine, amenant la substance et les protéines dans la cellule. Si le passage à travers la membrane de la cible de l'endocytose médiée par les récepteurs est inefficace, elle ne sera pas éliminée des fluides tissulaires ou du sang. Au lieu de cela, il restera dans ces fluides et augmentera en concentration. Certaines maladies humaines sont causées par une défaillance de l'endocytose médiée par les récepteurs. Par exemple, la forme de cholestérol appelée lipoprotéines de basse densité ou LDL (également appelée « mauvais » cholestérol) est éliminée du sang par endocytose médiée par des récepteurs. Dans l'hypercholestérolémie familiale, une maladie génétique humaine, les récepteurs LDL sont défectueux ou totalement absents. Les personnes atteintes de cette maladie ont des niveaux de cholestérol potentiellement mortels dans leur sang, car leurs cellules ne peuvent pas éliminer le produit chimique de leur sang.

CONCEPT EN ACTION

Voyez l'endocytose médiée par les récepteurs en action et cliquez sur différentes parties pour une animation ciblée pour en savoir plus.

Exocytose

Contrairement à ces méthodes de déplacement de matériau dans une cellule, le processus d'exocytose. L'exocytose est à l'opposé des processus décrits ci-dessus en ce sens que son but est d'expulser le matériau de la cellule dans le fluide extracellulaire. Une particule enveloppée dans une membrane fusionne avec l'intérieur de la membrane plasmique. Cette fusion ouvre l'enveloppe membraneuse vers l'extérieur de la cellule, et la particule est expulsée dans l'espace extracellulaire (Figure 3.6.4).

Résumé de la section

Le gradient combiné qui affecte un ion comprend son gradient de concentration et son gradient électrique. Les cellules vivantes ont besoin de certaines substances à des concentrations supérieures à celles qui existent dans l'espace extracellulaire. Le déplacement des substances vers le haut de leurs gradients électrochimiques nécessite de l'énergie de la cellule. Le transport actif utilise l'énergie stockée dans l'ATP pour alimenter le transport. Le transport actif de matériaux de petite taille moléculaire utilise des protéines intégrales dans la membrane cellulaire pour déplacer le matériau - ces protéines sont analogues aux pompes. Certaines pompes, qui assurent le transport actif primaire, se couplent directement à l'ATP pour piloter leur action. Dans le transport secondaire, l'énergie du transport primaire peut être utilisée pour déplacer une autre substance dans la cellule et remonter son gradient de concentration.

Les méthodes d'endocytose nécessitent l'utilisation directe d'ATP pour alimenter le transport de grosses particules telles que les macromolécules ; des parties de cellules ou des cellules entières peuvent être englouties par d'autres cellules dans un processus appelé phagocytose. Dans la phagocytose, une partie de la membrane s'invagine et s'écoule autour de la particule, finissant par se pincer et laissant la particule entièrement enfermée dans une enveloppe de membrane plasmique. Les vacuoles sont décomposées par la cellule, les particules étant utilisées comme nourriture ou expédiées d'une autre manière. La pinocytose est un processus similaire à plus petite échelle. La cellule expulse les déchets et autres particules par le processus inverse, l'exocytose. Les déchets sont déplacés à l'extérieur de la cellule, poussant une vésicule membraneuse vers la membrane plasmique, permettant à la vésicule de fusionner avec la membrane et de s'incorporer dans la structure membranaire, libérant son contenu à l'extérieur de la cellule.

Choix multiple

Le transport actif doit fonctionner en continu car __________.

A. les membranes plasmiques s'usent
B. les cellules doivent être en mouvement constant
C. le transport facilité s'oppose au transport actif
D. la diffusion déplace constamment les solutés dans l'autre sens

Réponse libre

Où la cellule obtient-elle de l'énergie pour les processus de transport actifs ?

La cellule récupère l'énergie de l'ATP produite par son propre métabolisme pour alimenter les processus de transport actifs, tels que les pompes.

Glossaire

transport actif
la méthode de transport de matériel qui nécessite de l'énergie
gradient électrochimique
un gradient produit par les forces combinées du gradient électrique et du gradient chimique
endocytose
un type de transport actif qui déplace des substances, y compris des fluides et des particules, dans une cellule
exocytose
un processus de passage de matière hors d'une cellule
phagocytose
un processus qui prélève les macromolécules dont la cellule a besoin dans le liquide extracellulaire ; une variante de l'endocytose
pinocytose
un processus qui prélève les solutés dont la cellule a besoin dans le liquide extracellulaire ; une variante de l'endocytose
l'endocytose médiée par le récepteur
une variante de l'endocytose qui implique l'utilisation de protéines de liaison spécifiques dans la membrane plasmique pour des molécules ou des particules spécifiques


Voir la vidéo: Secondary Active Transport (Janvier 2022).