Les échanges transmembranaires

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Les échanges transmembranaires

Les cellules réalisent des échanges avec le milieu extérieur au travers de la membrane plasmique. Par ailleurs, les compartiments intracellulaires des cellules eucaryotes sont limités par des membranes qui contrôlent également des échanges de substances. Ces échanges sont assurés avec ou sans consommation d’énergie.

Voir membrane et compartimentation intracellulaire

1. Certains échanges transmembranaires sont passifs

Le transport passif est un déplacement thermodynamiquement favorable (ΔG <0) au cours duquel les solutés migrent en suivant leur gradient décroissant de potentiel électrochimique, pour les solutés chargés, et de potentiel chimique pour les solutés neutres. Ce transport spontané et se réalise sans consommation d’énergie et est qualifié de transport passif.

Il est possible de distinguer deux modes essentiels de traversée passive des membranes : la diffusion simple mettant en jeu la liposolubilité des solutés et la diffusion facilitée mettant en jeu soit des protéines telles que des perméases, soit des canaux ou des pores (figure 1).

a) Traversée par liposolubilisation

Les molécules hydrophobes (O2, CO2, hormones stéroïdiennes) et celles de très petite taille (H2O, éthanol, etc.) traversent facilement la bicouche membranaire en s’insinuant entre les lipides membranaires.

b) Traversée facilitée par des canaux

Les canaux, au sens large, sont des voies moléculaires plus ou moins sélectives constituant des lumières par lesquelles les molécules peuvent diffuser. Parmi ces structures, il faut distinguer :

- les pores qui sont des voies de passage peu sélectives pour les petites molécules mais qui empêchent le passage des grosses molécules polymériques telles que les protéines, ou les polyosides (excepté dans les cas d’interactions de translocation) :

• les pores nucléaires, composés notamment de nucléoporines, constituent un tunnel de diffusion des solutés de petite taille ;
• les porines, présentes dans la membrane externe des Eubactéries Gram-, des chloroplastes et des mitochondries, laissent passer les ions et des petites molécules organiques (lactose, etc.) jusqu’à 600 Da.

- les canaux sensu stricto constituent des voies de plus petit diamètre et sont en général sélectifs :

• les canaux de fuite sont toujours ouverts et permettent le passage des ions à travers la membrane. Ils sont sélectifs, filtrant les solutés par leur charge et taille (canal K+, Na+, Ca2+, etc.).
• les canaux excitables ont deux conformations possibles : ouvert ou fermé. Le changement d’état est alors provoqué par un agent physico-chimique spécifique, modifiant alors la perméabilité membranaire. C’est le cas, par exemple, des canaux tension-dépendants, chimio-dépendants ou mécano-dépendants (canaux Na+-K+ du potentiel d’action, récepteurs ionotropiques à l’Ach, etc.).

Voir fiche : Communication nerveuse

c) La traversée facilitée par les perméases

Dans le cas d’un transport facilité par une perméase, le flux de soluté présente un phénomène de saturation en relation avec l’interaction stéréospécifique entre le transporteur et le soluté :

- les perméases telles que les GluT (Glucose Transporter), sont des protéines membranaires ayant un site de reconnaissance capable de lier stéréospécifiquement le soluté et de le transférer. Ce fonctionnement est caractérisé par une constante d’association (k0,5) et une vitesse maximale (Vmax).

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