Cours 2

LE TRANSPORT TRANSMEMBRANAIRE ACTIF DES SUBSTANCES

Le transport transmembranaire actif permet le mouvement de substances à travers une membrane semi-perméable contre leur gradient de concentration ou électro-chimique, nécessitant une dépense énergétique et l'intervention de protéines transporteuses. Cette énergie est généralement fournie par l'hydrolyse de l'ATP (Adénosine Triphosphate), catalysée par une enzyme appelée ATP-ase. Il existe deux types principaux de transport actif :

• Le transport actif primaire, où l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP est utilisée directement.
• Le transport actif secondaire, où l'énergie est obtenue indirectement à partir d'un gradient électro-chimique déjà établi.

1. LE TRANSPORT ACTIF PRIMAIRE DES SUBSTANCES

Le transport actif primaire se caractérise par :

• Une dépense énergétique directe provenant de l'hydrolyse de l'ATP. L'équation de cette réaction est : où l'ADP (Adénosine Diphosphate) et le phosphate inorganique () sont les produits.
• Un transport des substances contre leur gradient électro-chimique.
• L'utilisation de protéines intégrales de membrane (appelées pompes ioniques ou ATP-ases) qui jouent un double rôle : d'enzyme (activité ATP-asique) et de transporteur.

Exemples de pompes ioniques :

1. L'ATP-ase dépendante (pompe à protons) :
   • Présente dans la membrane apicale des cellules pariétales des glandes gastriques.
   • Elle sécrète deux ions dans la lumière gastrique en échange de deux ions qui entrent dans le cytoplasme, pour chaque molécule d'ATP hydrolysée.
2. L'ATP-ase dépendante (pompe à sodium et potassium) :
   • Présente dans la membrane de toutes les cellules de l'organisme, au niveau de la membrane baso-latérale.
   • Elle a trois rôles importants :
     1. Rôle d'ATP-ase : elle catalyse l'hydrolyse de l'ATP pour fournir l'énergie nécessaire.
     2. Rôle de protéine transporteuse : elle assure le transport actif de 3 ions vers l'extérieur de la cellule et de 2 ions vers l'intérieur de la cellule.
     3. Rôle de pompe électrogénique : elle contribue au maintien du potentiel de repos des membranes cellulaires (environ ) en créant un déséquilibre de charges. L'ion est majoritaire dans le liquide extracellulaire (LEC), tandis que l'ion est majoritaire dans le liquide intracellulaire (LIC).
   • Cette pompe est spécifiquement inhibée par les glycosides cardiaques (Ouabaïne, Digoxine), utilisés dans le traitement de l'insuffisance cardiaque.

2. LE TRANSPORT ACTIF SECONDAIRE DE SUBSTANCES

Le transport actif secondaire se distingue par :

• Être un type de transport actif.
• Le transport de substances neutres contre leur gradient de concentration et d'espèces chargées contre leur gradient électro-chimique.
• L'utilisation de protéines intégrales de membrane qui agissent uniquement comme transporteurs.
• Une dépense d'énergie indirecte, fournie par un gradient électro-chimique préexistant, souvent celui du .

Les protéines transporteuses impliquées dans ce type de transport présentent :

• Les caractéristiques fonctionnelles classiques des transporteurs : spécificité, saturation et compétition.
• Sur le plan structural, deux sites de liaison distincts :
  • Un site spécifique pour un ion (majoritairement , mais aussi , , , , etc.).
  • Un autre site spécifique pour la substance à transporter, qu'elle soit organique (glucose, acides aminés) ou inorganique (ions , , , etc.).

Le transporteur ne fonctionne qu'avec l'occupation simultanée des deux sites de liaison. Un exemple typique est le transport actif secondaire dépendant du gradient de . L'ion se déplace toujours selon son gradient électro-chimique (de l'extérieur, où il est concentré, vers l'intérieur), tandis que la substance à transporter se déplace contre son propre gradient de concentration. Deux modes de transport sont possibles :

• Le symport : la substance à transporter et l'ion se déplacent dans le même sens.
• L'antiport : la substance à transporter et l'ion se déplacent dans des sens opposés.

L'énergie de ce transport est fournie par le gradient électro-chimique de , lequel est créé et maintenu par le transport actif primaire de la pompe -ATP-ase. Par conséquent, le blocage de la pompe -ATP-ase (par l'Ouabaïne ou la Digoxine) entraîne un blocage secondaire du transport actif secondaire.

Exemple de transport actif secondaire : Cotransport /glucose

Ce processus se réalise au niveau de la membrane apicale des cellules intestinales et des cellules tubulaires rénales.

• Il est assuré par les transporteurs SGLT ("Na+/glucose cotransporter"), avec plusieurs isoformes (, , ).
• Les isoformes et transportent un ion en symport avec une molécule de glucose.
• L'isoforme transporte deux ions en symport avec une molécule de glucose ou de galactose.
• Le blocage de la -ATP-ase (transport actif primaire) entraîne un blocage consécutif du transport actif secondaire du glucose via SGLT.

LE TRANSPORT DES MACROMOLÉCULES

Le transport des macromolécules s'effectue principalement par la voie des vésicules, impliquant trois mécanismes : exocytose, endocytose et transcytose.

1. L'EXOCYTOSE

L'exocytose est le processus d'élimination des macromolécules hors de la cellule via des vésicules. Ce processus se déroule en plusieurs étapes :

1. Les macromolécules (produits de sécrétion) sont synthétisées au niveau des ribosomes du réticulum endoplasmique rugueux, puis incluses dans des vésicules au niveau de l'appareil de Golgi.
2. Les vésicules de sécrétion se déplacent le long des microtubules vers la membrane cellulaire.
3. Les vésicules fusionnent avec la membrane cellulaire et libèrent leur contenu à l'extérieur de la cellule.

Exemples : l'évacuation des médiateurs chimiques dans l'espace synaptique, la sécrétion de produits cellulaires.

2. L'ENDOCYTOSE

L'endocytose est le transport des macromolécules du milieu extracellulaire vers le milieu intracellulaire via des vésicules. Selon la nature des substances transportées, l'endocytose est de deux types :

1. La phagocytose :
   • Les substances macromoléculaires solides (bactéries, parasites, cellules vieillies ou tumorales) sont internalisées par les cellules phagocytaires (neutrophiles, macrophages).
   • Elle joue un rôle crucial dans les processus de défense non-spécifique de l'organisme.
   
2. La pinocytose :
   • Les macromolécules en solution (contenu liquidien) sont internalisées via des vésicules.
   • Elle peut être réalisée par la plupart des cellules de l'organisme.
   

Dans les deux cas, les macromolécules entrent dans les cellules enveloppées de vésicules détachées de la membrane plasmique.

3. LA TRANSCYTOSE

La transcytose est le transport transcellulaire de substances macromoléculaires incluses dans des vésicules, d'un pôle cellulaire à l'autre. Contrairement à l'endocytose/exocytose standard, les vésicules ne fusionnent pas avec les lysosomes et leur contenu n'est pas modifié. Elles traversent la cellule et déversent leur contenu dans le milieu extracellulaire opposé. Un exemple important est le passage des anticorps du lait maternel vers le sang du nourrisson via les cellules intestinales, assurant ainsi l'immunité passive du nouveau-né.

II. LES TISSUS EXCITABLES

L'organisme humain contient diverses cellules excitables, notamment les neurones, les fibres musculaires striées, les fibres musculaires lisses et les fibres myocardiques. Le cerveau humain abrite environ neurones et 10 à 50 fois plus de cellules gliales.

LE NEURONE

Le neurone est l'unité embryologique, anatomique, fonctionnelle et trophique du système nerveux. Ce sont des cellules spécialisées dans la transmission rapide des informations par des impulsions bioélectriques et la libération de neurotransmetteurs.

LA STRUCTURE DU NEURONE

La structure du neurone est spécialisée pour la réception, la transmission et l'intégration des informations. Il est formé :

1. D'un corps cellulaire (ou péricaryon).
2. De nombreux prolongements :
   • Les dendrites : Des prolongements courts et ramifiés, impliqués dans la réception des signaux.
   • L'axone : Un prolongement unique, plus long et épais, qui se ramifie à son extrémité en boutons terminaux.

Le corps cellulaire et les dendrites sont recouverts par le neurilemme (membrane plasmique), et l'axone est entouré par l'axolemme (membrane plasmique). Le cytoplasme neuronal contient des organites cellulaires :

1. Organites communs : réticulum endoplasmique rugueux, ribosomes, appareil de Golgi, mitochondries, lysosomes.
   • Les neurones n'ont pas de centrioles et ne peuvent pas se diviser.
   
2. Organites spécifiques aux neurones :
   • Les corpuscules de Nissl : Des agrégats de réticulum endoplasmique rugueux et de ribosomes, essentiels pour les synthèses protéiques. Ils sont abondants dans le péricaryon mais absents de l'axone.
   • Les neurofibrilles : Des agrégats protéiques filamenteux (neurofilaments et neurotubules) dans le péricaryon et les prolongements.
     • Les neurofilaments (microfilaments) : Assurent la rigidité et le maintien de la forme du neurone (rôle structural et mécanique).
     • Les neurotubules (microtubules) : Responsables du transport rapide de substances le long des dendrites et des axones.
   

Les fibres nerveuses sont classifiées en fonction de la présence de leur gaine :

1. Fibres nerveuses myélinisées : Formées d'un cylindraxe (axoplasme avec neurofilaments, neurotubules, mitochondries, lysosomes — mais sans réticulum endoplasmique rugueux, ribosomes, ni corpuscules de Nissl) recouvert de l'axolemme et de trois gaines :
   • La gaine de myéline : Enveloppe lipoprotéique autour de l'axone, interrompue par les nœuds de Ranvier.
     • Dans le système nerveux périphérique (SNP), les cellules de Schwann produisent la myéline.
     • Dans le système nerveux central (SNC), les oligodendrocytes (cellules gliales) sécrètent la myéline.
     
   • La myélinisation des voies du SNC se produit à différents âges et coïncide généralement avec le début de leur fonctionnement. Les voies somesthésiques et sensorielles sont myélinisées en premier. Les voies cortico-spinales se myélinisent à partir du deuxième mois post-natal et sont complètes vers 2 ans, quand l'enfant commence à marcher.
   • La gaine de myéline a un rôle d'isolateur électrique.
   • La gaine de Schwann : Présente uniquement dans le SNP, formée de cellules de Schwann. Elle adhère à l'axolemme, sécrète la myéline et est cruciale pour la régénération des fibres nerveuses périphériques. Les fibres du SNC n'ont pas de gaine de Schwann et ne peuvent pas se régénérer.
   • La gaine de Henlé : Couche conjonctive externe qui assure la nutrition, la protection et la liaison des fibres nerveuses.
2. Fibres nerveuses amyéliniques (fibres de Remack) : Dépourvues de gaine de myéline, de plus petit diamètre, et recouvertes d'une gaine de Schwann commune à plusieurs axones (10-15 axones).

LE TRANSPORT AXO-PLASMATIQUE

Le transport axo-plasmatique est le mouvement de matériaux entre le corps cellulaire (péricaryon) et les boutons terminaux de l'axone. Il est essentiel pour l'intégrité anatomique et fonctionnelle des fibres nerveuses, car les axones ne peuvent pas synthétiser leurs propres protéines. Le transport axo-plasmatique est de deux types :

1. LE TRANSPORT AXO-PLASMATIQUE ANTÉROGRADE

Il se réalise du corps cellulaire vers les boutons terminaux.

1. Transport rapide :
   • Vitesse : environ .
   • Nécessite une dépense d'énergie.
   • Se réalise le long des neurotubules (microtubules), grâce à la protéine kinésine, qui a une activité ATP-asique.
   • Véhicule : vésicules à contenu peptidique (neurotransmetteurs peptidiques), certaines organites membranaires (mitochondries), vésicules pour les médiateurs chimiques non-peptidiques, et enzymes (ex: acétylcholinestérase).
   • Le transport rapide est bloqué par la Colchicine (qui désorganise les neurotubules) et par l'hypoxie.
2. Transport lent :
   • Vitesse : entre .
   • Se réalise le long des neurofilaments (microfilaments).
   • Assure le déplacement : macromolécules protéiques pour le renouvellement structural de l'axone, ions calcium, glucose, et ATP.

2. LE TRANSPORT AXO-PLASMATIQUE RÉTROGRADE

Il se réalise des boutons terminaux vers le corps cellulaire.

• Vitesse : environ .
• Nécessite une dépense d'énergie.
• Se réalise le long des neurotubules (microtubules), médié par la protéine dynéine, qui a également une activité ATP-asique.
• Rôles importants :
  • Régulation de la synthèse protéique au niveau du péricaryon.
  • Transport de facteurs de croissance (ex: facteur de croissance des nerfs) vers le péricaryon.
  • Propagation des virus neurotropes (ex: poliomyélite, herpès, rage) vers le SNC, entraînant leur destruction.
  • Transport de matériaux exogènes (toxines) vers le péricaryon.
• Ce type de transport est également bloqué par l'hypoxie.