La conversion de l’énergie utilisable de l’ATP en énergie d’activation dans les transports membranaires

 

              La cellule qui échange avec son milieu de l’eau,  de gaz dissous,  d’ions, de métabolites organiques, et des déchets, est un système ouvert. A l'intérieur de la cellule, des échanges se produisent entre organites et hyaloplasme. Tous ces échanges se réalisent au travers des membranes et s'effectuent, selon les molécules, soit directement au travers de la bicouche lipidique (constituant fondamental de toute membrane) soit au niveau de protéines spécifiques intégrées à la bicouche.

 

               Le passage d'une substance d'un compartiment à un autre dépend de la perméabilité membranaire et du gradient électrochimique : - seuls les passages selon le gradient se font passivement par diffusion.

                                                                      - Les passages contre le gradient sont des transports actifs qui se réalisent grâce à des protéines intégrées, les pompes utilisant l'ATP comme source d'énergie.

 

               La pompe à Na⁺ K⁺ /ATP- dépendante, qui couple sortie de Na⁺ (ion principalement extracellulaire) et entrée de K⁺ (ion principalement intracellulaire), maintient la distribution des deux ions en équilibrant les flux de diffusion spontanés, entrant pour le Na⁺ et sortant pour le K⁺.

 

               Dans la cellule musculaire, le Ca2+ stocké dans les cavités du réticulum est libéré au moment de la contraction. Le retour du Ca2⁺ dans les cavités est réalisé contre le gradient grâce aux pompes Ca2⁺ / ATP- dépendantes de la membrane du réticulum.

 

 

 

 

 

L'ATP DANS LES TRANSPORTS MEMBRANAIRES

 

La répartition des ions est inégale de part et d'autre de la membrane plasmique. Le maintien de cette distribution repose sur des transports actifs faisant intervenir des pompes membranaires.

 

1 - Tableau de concentrations internes (i) et externes (e) de Na+ et K+

 

Concentration des ions en millimoles  par litre dans l’axone de calmar
		410   22
		49   440

 

Les axones sont des éléments de cellules nerveuses. Ceux du calmar sont de grand diamètre (1 mm), ce qui facilite l'étude expérimentale des transports membranaires.

 

  2 - Mise en évidence de passages transmembranaires de Na⁺

1^re  expérience: après injection de Na⁺radioactif dans une cellule, 'on place cette dernière dans un milieu froid. Au bout d'une demi-heure, le milieu est devenu radioactif.

 

2^e expérience (non représentée) : une cellule est plongée dans un milieu contenant cette fois du sodium radioactif. Au bout d'un certain temps, le cytoplasme de la cellule devient radioactif.

 

Des expériences du même type peuvent être réalisées avec des ions K⁺.

1^re  expérience: après injection de K⁺ radioactif dans une cellule, on place cette dernière dans un milieu froid. Le milieu devient radioactif.

2^e expérience : on place une cellule dans un milieu contenant des ions K⁺ radioactifs. Au bout d'une demi- heure, le milieu intracellulaire est devenu radioactif.

 

  3 – Mesure du flux sortant de sodium au cours du temps dans différentes conditions

 

 

Dans une cellule, on a injecté du Na⁺ radioactif, on réalise les expériences suivantes:

- au temps t₁ du cyanure est ajouté à l'eau de mer (le cyanure inhibe les mécanismes respiratoires),

- au temps t₂ on injecte dans l'axone une quantité x d'ATP;

- au temps t₃ on injecte dans l'axone une quantité 5 x d'ATP;

- au temps t₄ on élimine le cyanure.

 

4 - Mesure du flux sortant de Na+ en fonction de la concentration extracellulaire de K⁺.

 

 

 

Une cellule marquée par Na+ radioactif est placée dans un milieu normal. On la prélève au bout d'un certain temps, et on la maintient 50 minutes dans un milieu sans ions K⁺.
Elle est ensuite replacée dans le milieu initial