Transport actif primaire

Définition du transport actif primaire

Letransport actif nécessite de l'énergie car les molécules doivent aller à l'encontre de leur gradient de concentration. Lorsqu'une molécule va à l'encontre de son gradient de concentration, elle passe d'une concentration faible à une concentration élevée. Cela signifie que si, par exemple, les molécules de chlorure sont plus élevées à l'intérieur qu'à l'extérieur de la cellule, le chlorure doit entrer dans la cellule pour aller à l'encontre de son gradient de concentration.

Le transport actif a besoin d'énergie parce que les molécules veulent aller avec leur gradient de concentration, et non contre lui.

Les molécules qui suivent le gradient de concentration participent au transport passif. Les types de transport passif les plus courants sont la diffusion simple, la diffusion facilitée, l'osmose et la filtration. La diffusion simple est une diffusion passive qui ne nécessite pas l'aide des protéines de transport.

Lesprotéines porteuses sont un type de protéine de transport qui aide au mouvement des molécules à l'intérieur et à l'extérieur des cellules.

Lesprotéines de canal sont des protéines de transport qui font la même chose que les protéines porteuses, sauf qu'elles diffusent les molécules plus rapidement parce qu'elles n'ont pas besoin de changer de forme.

Lesprotéines sont des composés organiques qui ont diverses fonctions, notamment celle d'enzymes, d'anticorps et de composants structurels de nos cellules. Les enzymes accélèrent nos réactions chimiques, tandis que les anticorps défendent notre corps contre les matières étrangères ou les antigènes.

Les molécules qui ont besoin de l'aide des protéines de transport le font parce qu'elles sont soit polaires, soit chargées, soit trop grosses pour se diffuser à travers la cellule, soit les deux. Cela se produit en raison de l'agencement de la membrane cellulaire.

La membrane cellulaire est une structure qui agit comme une barrière, permettant à certaines choses d'entrer et de sortir de la cellule. Les protéines de transport sont généralement intégrées à la membrane cellulaire pour aider les molécules qui doivent entrer dans la cellule mais qui ne peuvent pas s'y diffuser directement.

La membrane cellulaire est composée de phospholipides qui ont une tête hydrophile et une queue hydrophobe. Hydrophile signifie que l'on aime l'eau, et hydrophobe signifie que l'on déteste l'eau. Les molécules qui aiment l'eau sont polaires, tandis que les molécules qui détestent l'eau sont non polaires. Les têtes des phospholipides sont tournées vers l'extérieur tandis que les queues sont tournées vers l'intérieur de la cellule, c'est pourquoi les molécules hydrophiles ne peuvent pas pénétrer dans la cellule sans l'aide des protéines. Une image détaillée de la structure de la membrane cellulaire est présentée dans la figure 1 ci-dessous.

Figure 1 : Structure de la membrane cellulaire. Wikimedia, LadyofHats.

Ladiffusion facilitée est un transport passif qui nécessite l'aide de protéines de transport telles que les transporteurs ou les canaux.

L'osmose est le transport passif de liquides, comme l'eau, à travers la membrane sélectivement perméable de la cellule.

Lafiltration implique une pression physique qui force le fluide à traverser une membrane sélectivement perméable comme celles que possèdent nos cellules. La filtration fait généralement référence au sang qui est poussé à travers les parois des capillaires.

Exemple de transport actif primaire

Letransport actif primaire est un type de transport actif qui implique directement l'ATP. La pompe sodium-potassium (figure 2) est l'un des exemples les plus célèbres de transport actif primaire.

La pompe sodium-potassium (Na⁺/K⁺) fait partie intégrante de notre corps car elle entraîne les Impulsions nerveuses. Les influx nerveux envoient des messages des différentes parties du corps à la moelle épinière et au cerveau. Elles permettent à ton corps de communiquer avec ton cerveau en lui donnant des informations utiles concernant ton environnement. Par exemple, si tu touches une cuisinière chaude, tu ressentiras une sensation de douleur, ce qui te permettra de retirer ta main avant de l'abîmer davantage.

La pompe sodium-potassium fonctionne comme suit :

1. Une protéine porteuse reçoit trois ions sodium liés à elle.

2. L'hydrolyse de l'ATP produit de l'ADP en raison de la libération d'un groupe phosphate. Ce groupe phosphate se lie à la pompe sodium-potassium et fournit de l'énergie, provoquant un changement de conformation de la protéine porteuse.

3. La pompe ou la protéine porteuse subit un changement de conformation qui permet aux ions sodium de traverser la membrane et de sortir de la cellule.

4. La forme conformationnelle de la protéine porteuse permet à deux ions potassium \((K^+)\) de se lier à elle.

5. Le groupe phosphate est libéré de la pompe, ce qui permet à la protéine porteuse de reprendre sa forme initiale.

6. Ce changement de forme originale permet à deux ions potassium ((K^+)\) de traverser la membrane et de pénétrer dans la cellule.

Figure 2 : Illustration de la pompe sodium-potassium. Wikimedia, LadyofHats.

Transport actif primaire et secondaire

La pompe sodium-potassium est un exemple de transport actif primaire car l'ATP s'attache directement à la pompe. Le transport actif secondaire est un autre type de transport actif. Contrairement au transport actif primaire, le transport actif secondaire n'utilise pas directement l'ATP.

Au lieu de cela, le transport actif secondaire couple ou associe les protéines de transport au mouvement des ions ou des molécules chargées qui descendent leur gradient de concentration ou électrochimique vers une autre molécule qui se déplace contre son gradient de concentration ou électrochimique.

La pompe sodium-glucose est un exemple de transport actif secondaire :

• Les cellules aiment maintenir une concentration de sodium plus élevée à l'extérieur et une concentration de potassium plus élevée à l'intérieur de la cellule. La pompe sodium-glucose fonctionne grâce à une protéine porteuse qui s'attache au glucose et à deux ions sodium simultanément. En effet, ni le glucose ni le sodium ne veulent aller à l'encontre de leur gradient, ce qui fait que le sodium souhaite entrer dans la cellule alors que le glucose ne le souhaite pas.

• La différence de gradient énergétique résultant du fait que le sodium veut entrer dans la cellule entraîne le glucose dans la cellule avec lui. La cellule doit utiliser la pompe sodium-potassium mentionnée plus haut pour faire sortir les ions sodium.

• La pompe sodium-glucose est un transport actif secondaire car elle couple le mouvement du sodium vers le bas de son gradient de concentration avec le mouvement du glucose, qui, contrairement au sodium, va à l'encontre de son gradient de concentration. Ce phénomène est illustré graphiquement dans la figure 3.

Figure 3 : Illustration de la pompe sodium-glucose. Wikimedia, LadyofHats.

Diagramme de transport actif primaire

Les transporteurs actifs peuvent être classés en fonction de la direction dans laquelle les molécules se déplacent et de leur nombre. Les types de transporteurs sont les antiporteurs, les uniporteurs et les symporteurs, comme le montre la figure 4.

• Lesuniporteurs sont des transporteurs qui ne déplacent qu'un seul type de molécule.

• Lessymporteurs transportent deux types de molécules dans la même direction. La pompe sodium-glucose est un exemple de symporteur.

• Lesantiporteurs transportent deux types de molécules mais dans des directions opposées. La pompe sodium-potassium est un exemple d'antiporteur.

Figure 4 : Types de transporteurs illustrés. Wikimedia, Lupask.

Le gradient électrochimique est un gradient qui se compose d'un aspect chimique et d'un aspect électrique, d'où son nom. Le gradient chimique est créé par la différence de concentration des molécules à l'intérieur et à l'extérieur de la membrane. En revanche, le gradient électrique est créé par la différence de charge à l'intérieur et à l'extérieur de la membrane. Comme le gradient électrochimique concerne les charges, il se produit lorsque des ions ou des molécules polaires sont impliqués.

Les gradients électrochimiques sont essentiels dans des processus tels que la photosynthèse et la respiration cellulaire. En effet, ces deux processus biologiques doivent générer de l'ATP. Pour la photosynthèse, l'ATP est généré par des réactions dépendantes de la lumière dans les chloroplastes. Dans le cas de la respiration cellulaire, l'ATP est généré lors de l'étape finale appelée chaîne de transport d'électrons (ETC). Le processus de la CTE est illustré à la figure 5 et concerne des complexes de protéines qui créent un gradient électrochimique pour alimenter l'ATP synthase et créer de l'ATP.

D'autres utilisations des gradients électrochimiques sont les impulsions nerveuses par le biais de la pompe sodium-potassium, la sécrétion d'hormones et même la contraction musculaire. La pompe sodium-potassium utilise un gradient électrochimique parce que la concentration des ions diffère à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule. Comme la pompe sodium-potassium traite avec des ions, les charges sont également différentes.

Figure 5 : Illustration de la chaîne de transport des électrons. Wikimedia, LadyofHats.

Principaux types de transport actif

Les types de transports actifs primaires sont les suivants :

• ATPase de type P

  • Ce sont des pompes à ions et à lipides que l'on trouve chez les eucaryotes et les procaryotes. La pompe sodium-potassium est un exemple de ce type de transporteur.

  • Les organismesprocaryotes sont des organismes unicellulaires dépourvus d'organites liés à une membrane, comme les archées et les bactéries.

  • Leseucaryotes sont des organismes multicellulaires ou unicellulaires dotés d'organites liés à une membrane. Ils comprennent les animaux, les plantes, les champignons et les protistes.

  • Le type P signifie que ces transporteurs peuvent s'autophosphorer. L'autophosphorylation consiste pour la kinase à s'ajouter un groupe phosphate. Dans la pompe sodium-potassium, la protéine porteuse change de forme après avoir été phosphorylée.

  • Chez l'homme, ces ATPases contrôlent les impulsions nerveuses, la relaxation musculaire et d'autres processus biologiques.

• F-ATPase

  • Ces types de transporteurs se trouvent dans les mitochondries et les chloroplastes.

  • Ils produisent de l'ATP en permettant aux protons de descendre le long de leur gradient électrochimique.

• Transporteur ABC

  • ABC est l'abréviation de ATP binding cassette (cassette de liaison à l 'ATP). Ce type de transporteur associe les groupes phosphates ou l'énergie que nous obtenons par l'hydrolyse de l'ATP aux mouvements des molécules à travers les membranes.

  • Les transporteurs ABC sont présents dans les organismes procaryotes et eucaryotes.

  • Les transporteurs ABC sont impliqués dans la transduction des signaux, la sécrétion de protéines, la résistance aux antibiotiques, etc.

  • Ces transporteurs peuvent être impliqués dans des maladies telles que la mucoviscidose. La mucoviscidose est une maladie génétique qui se traduit par de nombreuses infections pulmonaires qui empêchent les malades de respirer.

• V-ATPase

  • V-ATPase est l'abréviation de vacuolar proton-translocating ATPases et se trouve dans les organismes eucaryotes.

  • Ces transporteurs se trouvent dans de nombreuses cellules, comme les spermatozoïdes et les reins. Les V-ATPases contribuent au transport couplé et au maintien de la stabilité du pH. Par exemple, elles acidifient le sperme pour l'aider à traverser la membrane cellulaire de l'ovule.