HOMEOSTASIE Flashcards
COMPARTIMENTS LIQUIDIENS CHEZ l’HOMME (repartition eau homme/femme; 2 compartiments liquidiens, 3 partie pour la partie extra cell; caract des fluides, organisme comment il se comporte)
REPARTITION DE L’EAU ENTRE HOMME/FEMME :
-chez un jeune homme de 70 Kg : 60% d’eau corporelle totale (42L) :
*20% d’eau extracellulaire (1% d’eau transcellulaire (AL/ liquide cephalo rachidien, liquide synovial)
*4% d’eau plasmique (3L/ sang, intravasculaire)
*15% d’eau interstitielle (10L)
*40% d’eau intracellulaire (28L)
Les valeurs entre les hommes et les femmes changent.
Generelement, les hommes ont plus d’homme que les femmes
La masse maigre correspond a 70% : 60% du poids corporel chez l’homme et 50% du poids corporel chez la femme (31L pour une femme de 60Kg)
2 TYPES DE COMPARTIMENTS LIQUIDIENS :
(1) LE LIQUIDE INTRACELLULAIRE
(2) LE LIQUIDE EXTRACELLULAIRE
- INTRACELLULAIRE :
*Potassium : 120 mmol/L
* sodium : 15 mmol/L
* chlore : 20 mmol/L
* calcium : 100 mmol/L
-EXTRACELLULAIRE :
*Potassium : 5 mmol/L
* sodium : 150 mmol/L
* chlore : 120 mmol/L
* calcium : 1 mmol/L
Ces valeurs vont variees dans le cas des organelles
Ce gradient est MAINTENU grace a la pompe Na+, K+ -ATPase
LA PARTIE EXTRAC SE DIVISE EN 3 PARTIES :
1- Le VOLUME PLASMIQUE : vaisseaux sanguiun avec volume globulaire : SANG =
*compose de plasma et d’elements figures : CELLULES SANGUINES
*L’HEMATOCRITE : est la partie occupee par les elements figures dans le sang
2- FLUIDE INTERSTITIEL : le reste du liquide extracellulaire (proteines presentes dans cet espace et cas des tissus conjonctifs denses)
3- FLUIDE TRANSCELLULAIRE : fluide entierement contenu dans un espace borde de cellules epitheliales
CARACT DES FLUIDES
- les fluides au niveau macroscopique, ont un nombre egal de chares positives et negatives : PRINCIPE D’ELECTRONEUTRALITE
ORGANISME
- les cellules et structures de l’organisme vivent dans un environnement liquide
- l’organisme regule de maniere rigoureuse le volume cellulaire et la composition des compartiments intra- et extracellulaire
- une perturbation de ces parametres indduit des mecanismes de contre-regulation hormonales pour retablir les valeurs de base
Si cela ne fonctionne pas, des situations patho-physiologiques peuvent apparaitre
-au niveau cellulaire, cette regulation est le resultat dans une large mesure, de transport d’ions a travers la membrane
LA COMPOSITION DES LIQUIDES INTRA ET EXTRA CELLULAIRE (compo, prot plasmiques)
- INTRACELLULAIRE :
*Potassium : 120 mmol/L
* sodium : 15 mmol/L
* chlore : 20 mmol/L
* calcium : 100 mmol/L
-EXTRACELLULAIRE :
*Potassium : 5 mmol/L
* sodium : 150 mmol/L
* chlore : 120 mmol/L
* calcium : 1 mmol/L
Les proteines (65-80 g/L) plasmiques representent 7% du volume plasmique totale
Les proteines plasmiques chargees negativement lient les cations et repoussent les anions
Toutefoisn il y a plus de charges positives que de charges negatives
50% des Ca2+ total sont lies aux proteines plasmiques
L’autre moitie est dont “libres ou ionisee”
La valuer du glucose et de l’uree est de 5 (a jeun : 3,5-5,6 de glucose)
LES ECHANGES DE MOLECULES ENTRE LES COMPARTIMENTS LIQUIDIENS
dependent :
- des MOUVEMENTS BROWNIENS : hasard (depend de la temperature)
: permabilite des membranes ( varie pour chaque composant)
: la concentration relative des solutes et du potentiel electrique
ELECTRONEUTRALITE :
- tendance a nombre d’anions = nombres de cations
- le trou anionique permet de detecter certains troubles
DIFFUSION :
-chauqe solute a tendance a se deplacer en fonction de son gradient de concentration : du compartiment le plus concentre vers celui le plus dilue (mouvement Brownien et permeabilite)
*TRANSPORT PASSIF DE L’INTERIEUR A L’EXTERIEUR : diffusion, non energie dependant
*TRANSPORT ACTIF DE L’EXTERIEUR A L’INTERIEUR :
pompe membranaire, contre le gradient de concentration, proteines de transport energie-dependantes
(Na+) - (Cl- + HCO3-) = 145-100-24 = 21)
HCO3- = anion intracellulaire (15 mmol/L)
OSMOLARITE :
DEFINITION
- concentration de l’eau egale dans chaque compartiment
- nombre total de particules en solution dans l’eau egale dans chaque compartiment
- la volume augmente dans la partie la plus concentree (membrane semi permeable =) passage de l’eau
FORMULE DE L’OSMOLARITE SANGUINE
- se calcule de maniere aproximative par la formule :
osmolarite sanguine = (Na+) x 2 (natremie (140)) + glycemie + uree
- l’osmolarite sanguine est d’environ 285-295 mosmol/L
- on utilise Na+ x2 pour tenir en compte que chaque Na+ est associe a un anion K+ neglige dans ce calcul
- NaCl 0,9% et glucose 5% sont environ isosmolaire :
ca veut dire qu’il ne change pas l’osmolarite du plasma
DANS LE PLASMA :
- l’osmoLALITE est considerablement plus elevee que l’osmoLARITE car elle depend des concentration dans l’eau plasmatique
- les mouvements d’eau dependent de gradient d’osmolalite
FORCES ELECTROCHIMIQUES :
MECANISME
- particules chargees ont tendance a se deplacer en fonction de differences de potentiel
La difference de potentielle electrique est constante malgres la parfaite neutralite (potentiel membrane (60mV) avec une accumulation de K)
Selon la force electrique, le K a tendance a rentrer selon le potentiel, alors que selon la force de diffusion, le K a tendant a sortir selon son radient de concentration
Ces deux forces doivent etre compensees pour former le potentiel d’equilibre (=Ex) (equation de Nernst)
La difference entre le potentiel de la membrane (60mV) et le potentiel d’equilibre, determine si l’ion entre ou sort
Le Ex de sodium est 61mV, celui du potassium est -88mV et celui du calcium est 125mV
Cela explique pq le potassium a tendance a sortir alors que le sodium et le calcium ont tendance a rentrer
TRANSPORTS ET TRANSPORTS MEMBRANAIRES (non-energie / energie)
TRANSPORTEURS MEMBRANAIRES :
- passage de molecules a travers la membrane plasmatique
L’O2, le CO2, le N2 et le benzene sont des composes qui diffusent librement a travers la membrane, tout comme l’uree, le glycerol, l’ethanol et les steroides (molecules organiques tres solubles et neutres)
Les substrats energetiques comme le glucose, le saccharose, les acides amines et les proteines ne passent pas librement, tout comme les ions charges
-Il existe differents type de transporteur (non energie dependant) selon les molecules :
*l’UNIPORTEUR : un seul compose selon son gradient de concentration (glucose, GLUT)
*le SYMPORTEUR : transporte deux composes simultanement : glucose-sodium, SGLTs
*l’ANTIPORTEUR : echange une molecule contre une autre : Na/H echangeur
- Les POMPES IONIQUES sont energie-dependantes et permettent de faire entrer/sortir un compose contre son gradient de concentration
- Les AQUAPORINES sont des pores proteines qui permettent le passage transmembranaire de l’eau et l’aquaglyceroporines celui de l’eau, du glycerol et de l’uree
LE TRANSPORT DU GLUCOSE (meca, diffusion facilite, le flux)
MECANISME
- le glucose est utilise de maniere differentes selon les tissus ou l’organe specifique :
*Le cerveau l’utilise constamment
*Le muscle en utilise apres une prise alimentaire
*L’intestin l’absorbe
*Les cellules B du pancreas utilisent du glucose de maniere proportionelle a la glycemie : secrete de l’insuline en reponse au glucose
DIFFUSION FACILITEE :
- les transporteurs au GLUCOSE (GLUTs) :
pore specifique pour le glucose et qui ne laisse pas passer les autres ions
C’est parce qu’on a deux ouvertures qui ne sont pas ouverts en meme temps
Le glucose cree une liaison avec son site qui engendre un changement de conformation
Ainsi, la molecule de glucose entre a l’interieur du pore et peut passer de l’autre cote
La diffusion facilitee depend d’un certain nombre de transporteurs
A un certain moment, on obtient une situatio saturee (atteint un plateau alors qu’on avait une courbe) :
pour l’illustrer on peur representer la courbe par l’equation de MICHEALIS-MENTEN = v = Vmax ([glucose]/[glucose]+Km)
Dans ce cas, v et Vmax sont des flux de glucose
La direction du flux depend du gradiient de concentration intra et extracellulaire
Selon le transporteur que la cellule exprime, la cinematique varie
LE FLUX,
depend donc du nombre de transporteur present mais egalement du Km :
$ Pour un Km bas (1,5 mM, GLUT1/ 1mM, GLUT3 (cerveau), le flux maximal/transporteur est atteint pour pratiquement toutes les valeurs physiologiques (ne depend pas de la glycemie)
$ Pour un Km eleve (10 mM, GLUT2 (pancreas, foie, cellules hypothalamique), le flux / transporteur varie en fonction de la concentration de glucose (proportionnel a la glycemie)
$ Le GLUT4 (2mM) est exprime dans les tissus insulino-sensibles (muscles, tissus adipeux) (augmentation de Vmax —> stimulation par insuline)
Ca veut dire que pour une meme glycemie, le transport a augmente
En effet, le nombre de transporteurs actifs a augmente (vesicules intracellulaires = invagination de la membrane —> translocation des vesicules qui vont fusionner avec la membrane)
LES POMPES IONIQUES (3 types de pompes, meca pompes)
1- Na/K ATPase
FONCTION
- maintient les gradients de concentration Na/K ATPase
MECANISME
- le fonctionnnement de la pompe (electrogenique) est similaire a une enzyme
- D’abord une liaison de 3 Na intracellulaire est faite sur la pompe et par la suite, une liaison ATP se fait en provoquant une phosphorylation de la pompe
- Ensuite, un changement de conformation de la pompe provoque l’ouverture vers le compartiment extracellulaire, ce qui engendre la sortie des 3Na
La liaison de 2K extracellulaire est rendue possible et il y a egalement l’hydrolyse du phosphate qui s’etait fixe precedemment sur la pompe
Finalement, suite au changement de conformation, les 2K entre dans la cellule ce qui ne fait revenir au point de depart
L’activite de la Na-K ATPase genere un gradient ionique transmembranaire qui est necessaire pour produire un potentiel de membrane
- Il existe d’autre pompe ionique ATP-dependantes :
2- K/H ATPase
K/H ATPase (physiologie digestive : active dans la secretion gastrique acide)
3- Ca ATPase
et la Ca ATP : calcium intracellulaire : maintien de concentration basse
MECANISME POMPES
- les canaux ioniques activables fonctionnenet comme les transporteurs uniporteurs : active par le glucose lui-meme
Mais les canaux peuvent etre ouverts ou fermes
La regulation est faite par des facteurs externes comme une force electrique (voltage) ou un activateur/inhibiteur (ligand)
HOMEOSTASIE DU CALCIUM (caract, fonctions, transport contre son gradiet, recepteurs a la ryanodine)
CARACT
- calcemie plus elevee que le calcium libre
- stockage de calcium associe aux organites joue un role dans la regulation
- taux de calcium libre est inferieur que dans l’organite ou dans le milieu extracellulaire
FONCTIONS
- plusieurs transporteurs agissent de maniere coordonneepour permettre des transports selectifs :
*transport PASSIF facilite : absorption intestinale du fructose, diffusion facilitee du fructose : anterocyte caracterise par un pole apical (luminal) et un pole basolateral
Le transport de fructose au pole luminal par transporteur specifiques = GLUT5
*une diffusion facilitee, necessite une concentration de fructose dans la lumiere plus elevee que dans la cellule
* il faut activement maintenir une concentration de fructose basse
*des enzymes specifiques permettent cela : glucose/lactate
*le transport de fructose et du glocose au pole basolateral par transporteur (non specifique) GLUT2
*coupure du saccharose en glucose et fructose (dans la lumiere intestinale) et traverser la cellule pour faire rentrer dans le sang le fructose
*transport contre un gradient : secondairement actif : absorption intestinale du glucose, secretion d’eau et d’electrolytes dans les voies pancreatiques /
ACTIF : secretion gastrique de HCl, calcium intracellulaire et signalisation cellulaire
TRANSPORT CONTRE SON GRADIENT :
- le glucose est transporte passivement avec le sodium au pole luminal par SGLT1
- il est regule par l’entree de sodium (meme contre-grandient)
- ce transporteur est donc base selon le gradient du sodium
IL NE DEPEND PAS DE L’ENERGIE.
Mais il est secondairement dependant de l’activite de Na-K ATPase : qui maintient une concentration du sodium intracellulaire basse
- GLUT2 : transport du glucose au pole basolateral = diffusion facilite
RECEPTEURS A LA RYANODINE :
- des proteines vont lier la calcium ce qui permet le stockage dans des organies pour les cellules qui en possedent
- ces recepteurs se situent dans le RE
- ils peuvent etre actives par les ions, metabolites, proteines de regulation…
- une fois actives, ils declenchent une liberation du Ca2+ du RE et une augmentation du Ca2+ cytolique =) contraction musculaire
L’HOMEOSTASIE (def, caract)
DEFINITION
- est le maintien d’un EQUILIBRE DYNAMIQUE des parametres vitaux et des fonctioins d’un systeme
- Claude Bernard a definit l’homeostasie comme la : capacite que peut avoir un systeme quelconque (ouvert ou ferme) a conserver son equilibre de fonctionnement en depit des contraintes qui lui sont exterieures
CARACT
- au niveau d’un organisme, l’homeostasie peut se porter sur la:
* temperature du corps
*le volume sanguin
*les concentrations des electrolytes dans les differents compartiments du corps
*le stockage des ressources energetiques
- au niveau cellulaire, l’homeostasie peut concerner le:
*contenu ionique de la cellule
*son potentiel membranaire
*le pH intracellulaire
*le volume cellulaire
HOMEOSTASIE DES ELECTROLYTES AU SEIN D’UN ORGANISME
CARACT
- le maintien et la regulation des concentrations ioniques dans les differents compartiments liquidiens de l’organisme sont principalement controles par :
DES HORMONES =
*l’homme parathyroidienne qui regule les taux de calcium dans le sang
- l’homeostasie ionique basale des differents compartiments liquidiens depend aussi fortement de la maniere dont les cellules regulent leur propre homeostasie ionique
LA MEMBRANE PLASMIQUE : UNE BICOUCHE LIPIDIQUE ET DES PROTEINES (caract, compo, fonctions, meca)
CARACT
- le maintient de gradient d’electrolytes entre l’interieur et l’exterieur de la cellule depend de la presence de proteines dans la bicouche lipidique de la membrane plasmique
COMPO
- formee de PHOSPHOLIPIDES ayant une tete polaire (chargee) donc hydrophile et deux queues lipidiques hydrophobes (molecules AMPHIPATIQUES)
- a haute concentration, les phospholipifes forment spontanement une bicouche avec les partie hydrophobes entre les deux couches
FONCTIONS
- impermeable aux ions et dans une moindre mesure, aux grosses molecules apolaires (glucose, sucrose)
MECANISME
- les petites molecules apolaires, telles l’eau, l’uree et le glycerol, peuvent traverser cette membrane
- les molecules hydrophobes, traversent aisement et rapidement la bicouche lipidique
DIFFUSION SIMPLE (def, caract, formules)
DEFINITION
- une substance peut se deplacer passivement a travers une membrane si une force motrice s’applique sur la substance et si une ouverture existe a travers laquelle la force motrice peut exerer son effet
CARACT
- la diffusion simple (flux) d’une substance X non chargee a travers les lipides de la membrane est directement proportionnelle a sa difference de concentration :
FORMULES
Flux = Constante x (C1-C2) (1)
ou le flux est en moles par secondes
C1 et C2 sont les concentrations (moles/cm^3) de la substance de part et d’autre de la membrane et
Constante est une constance (cm^3/s)
-La constante dans l’equation 1 incorpore les caracteristiques physiques de la membrane et de son interactivite avec la substance etudiee :
Constante = A x Px (2)
ou A est la surface de la membrane (cm^2)
Px est un coefficient de permeabilite (cm/s)
- le coefficient de permeabilite (2) d’une membrane est
*fonction du coefficient Dx de diffusion de la molecule X dans la membrane (cm^2/s),
*du coefficient ßx de partage de la molecule X entre l’huile et l’eau (sans unite) et
*de l’epaisseur L (cm) de la membrane (plus la membrane est epaisse, plus la diffusion est entravee)
Px = (Dx . ßx)/L (3)
Px est le coefficient de permeavilite
Il depend d’un coefficient de diffusion (Dx)
du coefficient de partage (ßx, qui est la coefficient de partage entre l’huile et l’eau)
L est la surface d ela membrane
-on remplace tous les petits bouts :
Flux = A. ( (Dx . ßx)/L) . (C1-C2)
A est une constante par rapport a notre membrane
C1-C2 est la difference de concentration de part et d’autre de la membrane
LE POTENTIEL TRANSMEMBRANAIRE (caract, pour les ions K+: meca)
CARACT
- s’il y a une permeabilite selective pour certains iions, un potentiel transmembranaire pourra s’etablir entre le cote interne de la membrane plasmique
POUR LES IONS K+ :
- si la membrane plasmique exprime une proteine permettant le passage selectif de cet ion, il va sortir de la cellule en suivant son gradient de concentration, laissant derriere lui son contre-ion, l’ioin chlorure Cl-
Une difference de potentiel est ainsi creee qui va tendre a ramener les ions K+ a l’interieure de la cellule
Le systeme s’equilibre quand il y autant de K+ qui rnetrent que que K+ qui sortent de la cellule
EQUATION DE NERNST (formules, exercie)
FORMULE
Eeq = -(RT)/(zF) x ln (X2/X1)
Cette equation peut etre reecrite en des formules de travail lorsqu’on se place dans des conditions donnees de temperature (37°c) et en utilisant les valeurs des constantes R et F
Formule de travail :
Eq = -(60mV/z).log(X2/X1)
- par convention X2 est la concentrationd e l’ion a l’interieur de la cellule
L’equation de Nernst peut s’ecrire de differentes facons :
0 = RT ln(X2/X1) + z.F.Eeq (1)
*dans cette equation (1), le terme R.T.ln(X2/X1) represente la difference d’energie chimique et
*le terme z F Eeq represente la difference d’energie electrique
Quand ces termes s’ annulent, une situation d’equilibre est attente et c’est ce qui est decrit par l’equation de Nernst
Quand les termes ne s’annulent pas l’equation (1) devient :
(Deltat)µx = RT ln(X2/X1) + z.F. (U2-U1)
ou (Deltat)µx correspond a la difference d’enerfie electrochimique d’unn ion donne entre les points 1 et 2
Cette difference d’energie, lorsqu’elle n’est pas nulle, induit une force electromotrice sur l’electrolyte considere et donc d’un deplacement de celui ci
=) La charge elementaire est definie comme la charge electrique d’un proton
Ainsi, si des cations sortent de la cellulle on parlera de courant sortant
a l’inverse, si des cations entrent dans la cellule, on parlera de courant entrant
EXERCICE
Calculer les potentiels de repos a 37°c des ions K+, Cl-; Ca2+, Na+ en utilisation leur concentration intracellulaire et celles du fluide interstitiel
POTENTIEL TRANSMEMBRANAIRE ET POTENTIELS DE NERNST (meca, exercice)
MECANISME
Si le potentiel transmembranaire Vm d’une cellule est egale au potentiel de repos Eeq d’un ion donne, il n’y aura pas de mouvement macroscopique de cet ion de part et d’autre de la membrane plasmique
- Si Vm > Eeq : l’ion sortira de la cellule s’il s’agit d’un cation et entrera dans lacellule s’il s’agit d’un anion (courant sortant)
- Si Vm < Eeq : on parlera de courant entrant
=) Dans des conditions physioligiques Vm est compris entre -70 mV et -40mv (cela depend du type cellulaire
EXERCICE
Si la membrane plasmique d’une cellule est selectivemet permeable aux ions (potassium,chlorure, calcium, sodium), quelle va etre la direction du flux ionique ce cette ion ?
L’ETABLISSEMENT D’UN POTENTIEL TRANSMEMBRANAIRE NE MODIFIE QUE PEU LA CONCENTRATION DES ELECTROLYTES (exemple de l’anguille)
Intuitivement, on peut imaginer que l’etablissement d’un potentiel transmembranaire, en impliquant des deplacements d’electrolytes (de ions), va modifier les concentrations intracellulaire de ces derniers.
Des electrolytes cellulaires se deplacent de part et d’autre d ela membrane plasmique pour creer le potentiel transmembranaire : CAS DE L’ANGUILLE
L’EQUILIBRE DE DONNAN (que se passe til lorque la membrane plasmique est permeable a plusieurs ions ? ; equation; points improtants)
Que se passe t il lorsque la membrane plasmique est permeable a plusieurs ions ?
- considerons par exemple que la membrane plasmique est permeable aux ions chlorure et potassium
A l’equilibre, la concentration de ces ions a l’interieur et a l’exterieur de la cellule sera identique et donc en absence de gradient de concentration d’electrolytes, le potentiel transmembranaire sera de 0 mV
Cependant, les cellules contient de nombreux gros anions (proteines) qui retiennent une partie des ions potassium
Par ailleurs, les gros anions ne pouvant sortir, ce seront les ions chlorure qui devront accompagner les ions potassium qui sortent pour satisfaire le principe d’electroneutralite
Ainsi, il y aura des differences de gradients d’electrolytes qui se mettront en place et donc un potentiel transmembranaire different de 0mV se creera
=) L’equation de Donnan permet de decrire ce genre de situation
Elle est derivee du fait qu’il ne peut y avoir qu’un potentiel transmembranaire a un moment donne, et donc en particulier lorsque le systeme est en equilibre
Dans ce cas, le potentiel transmembranaire sera equivalennt aux potentiels de repos des ions chlorure er potassium
EQUATION
-((RT)/zK . F).ln([Kin]/[Kout] = -((RT)/zCl . F).ln([Cl in]/[Cl out]
En eliminant les elements communs de part et d’autre de l’egalite et en notant que la valence du chlorure est l’inverse de celle du potassium on obtient : L’EQUATION DE DONNAN
([Kin]. [Cl in] = ([Kout] .[Cl out]
POINTS IMPORTANTS
- L’equilibre de Donnan ne s’applique que pour des situations ou les ions diffusent de maniere PASSIVE
- cet equilibre est cependant important dans la mise en place de gradient d’ions diffusibles, de potassium en particulier, et peut donc jouer un role dans la creation d’un potentiel transmembranaire
- l’equilibre de Donnan s’observe dans certaines cellules (muscles de grenouilles) et pas dans d’autres (cellules nerveuses)
EQUATION DE GOLDMAN (exemple, formule, caract)
Jusqu’a maintenant nous avons considere des membranes entierement permeables pour un ou deux ions donnes
En realite, la permeabilite des ions au travers des membranes biologiques varient d’un ions a l’autre
EXEMPLE
Si on est en presence de 2 fois plus de canaux au potassium que de canaux au sodium et donc que la membrane est deux fois plus permeable aux ions potassium qu’aux ions sodium
Le potentiel de la cellule se deplacera donc un peu plus du cote du potentiel de repos du potassium et le Vm deviendra encore plus negatif
FORMULE
=) Ce phenomene est decrit par : L’EQUATION DE GOLDMAN, deruvee de l’equation de Nernst, qui dit que le potentiel transmembranaire est la moyenne des potentiels de Nernst du potassium et du sodium balancee pour leur permeabilite au travers de la membrane plasmique
Vm = -(RT)/F. ln(([Kin] + alpha [Nain] / ([Kout] + alpha [Na out]))
Ou (alpha) est le rapport de permeabilite entre le sodum et le potassium ( cette normalisation fait que le facteur devant les concentratios de potassium est egal a 1)
CARACT
L’equation de Goldman nous indique que, lorque la membrane plasmiques est permeable a plus d’un ion, le potentiel transmembranaire depend :
1- Valeur des gradients
2- concentration absolue des ions
3- permeabilite
LES 5 AUTRES POINTS IMPORTANTS A PROPOS DE L’EQUATION DE GOLDMAN
1- A l’etat de repos, le potassium est le facteur dominant dans l’equation de Goldman
Le sodium a un facteur de permeabilire tres bas et ne contribue donc que peu au potentiel transmembranaire
Le chlore a une permeabilite intermediaire dans certaines cellules comme l’axone geant du calamar, mais dans ce cas son potentiel d’equilibre est proche de celui du potassium et ne va donc pas modifier sensiblement le potentiel transmembranaire
Cependant dans un grand nombre de cellules la permeabilite aux ions chlorure est basse
Des manipulations cliniques ou pathologiques modifiant le gradient de potassium pouvant ainsi avoir des repercussions fatales : INJECTION LETALE =
injection de KCl dans le sang des condamnes a mort aux USA
2- Il y aura un flux d’ions dans le cas ou le potentiel transmembranaire est different du potentiel de Nernst (potentiel a l’equilibre) de l’ion considere
3- Si le potentiel transmembranaire est stable, le flux total ionique au travers de la membrane plasmique est egal a zero
4- Au contraire des proteines membranaires qui sont impliquees dans la modulation du potentiel transmembranaire (lors de la depolarisation d’un neurone), les structures impliquees dans l’etablissement du potentiel transmembranaire de base restent mysterieuses
5- Lorsque la membrane plasmique est permeable a plusieurs ions, le potentiel transmembranaire est normalement different des potentiels de Nernst de ces ions
Il y a donc un flux continuel des ions au travers de la membrane, qui, si rien n’est fait, va abroger les gradients de concentrations des ions (le volume de la cellule etant petit, ce sont les concentrations intracellulaires des ions qui vont changer et tendre vers les valeurs extracellulaires)
Les concentrations ioniques d’une cellule au repos ne changeant pas, il y a donc quelque chose qui se passe pour contrebalancer ces pertes ioniques
L’EQUATION DE GOLDMAN GENEREALISEE A TROIS IONS
Vm = -(RT)/F. ln (pK [Kin] + pNa [Nain] + pCl [Clout]) / (pk [Kout] + pNa [Na out] + pCl [Clin])
Ou Pion indique la permeabilite au travers de la membrane plasmique de l’ion considere
Generealement, ces permeabilites sont normalises par rapport a celle du potassium (et donc Pk devient egal a 1)
Noter l’inversion des concentrations d’ions chlorure entre les compartiments interners et externes par rapport aux caations
Ceci est du a l’elimination de la valence dans la formule et au fait que la valence des ions chlorure est l’opposee de celle des cations
Pour l’axone geant du calamar : pk =1 ; pNa = 0.04; pCl = 0.45
LA POMPE SODIUM-POTASSIUM ATPase (fonction, caract, compo, meca, inhibiteurs, pump and leak model)
FONCTION
-Cette proteine transmembranaire est justement responsable du maintien, de maniere directe pour le potassium et le sodium et de maniere indirecte pour les autres ions, des gradients d’electrolytes dans les cellules de notre organisme
CARACT
- elle fait partie de la famille des E1-E2-ATPase (ou P-type ATPase)
COMPO
- elle est composee de 2 sous unies alpha et beta
*La sous unite Alpha est responsable du mouvement ionique
*La sous unite Beta est necessaire au bon repliement de l’enzyme et de son adressage a la membrane plasmique
MECANISME
- Le cellule consomme 1/3-1/2 de l’ATP produit pour faire fonctionner cette pompe
- Comme la Na/K-ATPase fait sortir plus de charges positives qu’elle n’en fait entrer (effet electrogenique), elle contribue a diminuer le Vm de la cellule
Cependant cette contribution est tres mineure, de l’ordre de quelques mV
LES INHIBITEURS
- les glycosides cardiotoniques (ouabaine, digitoxine, digoxine) sont des inhibiteurs de la Na/K-ATPase
Ils sont utilises dans le traitement de l’insuffisance cardiaque pour augmenter la quantite de Ca2+ disponibles pour la contraction, ameliorant ainsi le debit cardiaque et reduisant la distension du coeur
On comprend cependant bien que le dosage des glycosides cardiotoniques doit etre particulierement bien etabli car une trop forte inhibiion de la Na/K-ATPase est letale
PUM AND LEAK MODEL
pour satisfaire au principe d’electroneutralite, l’export de 3 ions sodium et l’import de 2 ions potassium provoque par la Na/K-ATPase va etre compense par un mouvement oppse de 3 ions sodium et 2 ions potassium au travers de la membrane
=) “PUMP AND LEAK MODEL” a ete donne a cet equilibre homeostatique
PROTEINES IMPLIQUEES DANS LE MOUVEMENT D’IONS AU TRAVERS DE LA MEMBRANE PLASMIQUE (caract, canaux ioniques, les transporteurs et les pompes)
CARACT
- le passage d’electrolytes au travers de la membrane plasmique requiert des proteines membranaires specifiques :
*les canaux
* les co-transporteurs (symporteur et echangeur)
*pompes
LES CANAUX IONIQUES :
1- Ils conduisent des ions de MANIERE PASSIVE, generalement tres rapidement, de l’ordre de 10^7-10^8 ions par seconde (ce qui est comparable au taux de transformation de substrats par les enzymes les plus rapides, telle l’anhydrase carbonique)
2- dans leur majorite, ils sont specifiques pour un ion donne
3- De nombreux canaux peuvent se fermer et s’ouviri en reponse a des stimuli electriques, mecaniques ou chimiques
LES TRANSPORTEURS (SYMPORTEURS ECHANGEURS) ET LES POMPES :
- utilisent une SOUCE D’ENERGIE (ATP ou gradient electrochimique) pour transferer des molecules de part et d’autre de la membrane plasmique
LES CANAUX IONIQUES (specificite, regulation de l’ouverture, etat refractaire)
SPECIFICITE
- la specificite d’un canal ionique pour un ion donne se base sur deux principes :
1- La taille du porte
2- l’interaction de l’ion avec des acides amines du pore du canal
REGULATION DE L’OUVERTURE
- la plupart des canaux ioniques peuvent adopter des structures ouvertes laissant passer les ions ou des structures fermees
- Cela implique, dans la majorite des cas, des changements de conformation ou plus rarement l’obstruction du pore par une partie mobile du canal
- Divers signaux peuvent induire l’ouverture d’un canal ionique :
* la liaison d’un LIGAND sur le canal : recepteur a l’ACh qui est en fait un canla au sodium et au potassium
*la phosphorylatio du canal par une KINASE (generalement cependant les phosphorylations de canaux ioniques modulent les proprietes du canal plutot que d’induire simplement leur ouverture )
*des CHANGEMENTS DE POTENTIEL TRANSMEMBRANAIRE (il existe par exemple toute une serie de canaux au calcium qui s’ouvrent lorsque la cellule se depolarise : cad quand le potentiel transmembranaire augmente jusqu’a atteindre des valeurs proche du 0mV)
*des changements d’eleasticite de la membrane plasmique (MECANO-RECEPTEURS)
ETAT REFRACTAIRE
-certains canaux ioniques lorqu’ils se ferment ne peuvent etre immediatement reactives
on parle alors D’ETAT REFRACTAIRE (etat generalement reversible)
LES POMPES (caract, 2 types de pompes , ATP synthase)
CARACT
- les pompes utilisent l’energie liberee par l’hydrolyse de l’ATP pour mouvoir des ions contre leur gradient de concentration
(nous avons deja vu la Na/K-ATPase)
2 TYPES DE POMPES importantes pour le mouvment d’electrolytes au travers des membranes :
1-LA POMPE PROTON-POTASSIUM (H/K-ATPase) :
*Il s’agit de la pompe qui charge le lumen de notre estomac en protons et donc le rend acide
Elle appartient a la meme famille que la na/K-ATPase
Les protons sortent de la cellule parietale et les ions potassium y entrent dans un rapport de 2:2 (pour 1 molecule d’ATP utilisee)
Des inhibiteurs de la pompe a proton (des derives du benzimidazole) ont ete developpes pour diminuer l’acidite gastrique
2- LA POMPE DE CALCIUM (H/Ca-ATPase) :
*La plupart des cellules ont sur leur membrane plasmique des pompes au calcium qui rejettent cet ion a l’exterieur de la cellule permettant de maintenur une concentration intracellulaire de calcium tres basse (100nM; les concentrations extracellulaires de calcium etant aux alentours de 1mM)
Une concentration d’une molecule d’ATP permet de faire sortir un ion calcium et de faire entre un proton
3- L’ATP SYNTHASE :
*Nous avons vu avec les exemples precedents que de l’ATP peut etre utilise par des pompes pour transporter des ions contre leur gradient de concentration
L’inverse peut egalement s’observer :
un mouvment d’ions dans le sens du gradient de concentration peut conduite a la formation d’ATP
C’est le mode de fonctionnement normal de l’ATP synthase, une pompe ancree dans la membrane interne de la mitochondrie
Lors de la respireation oxydative, le mouvement des electrons entre les differents complexes de la chaine respiratoire s’accompagne d’un transport de protons de la matrice mitochondriale a l’espace inter-membranaire de la mitochondrie
Un gradient de proton existe donc entre ces deux endroits
L’ATP synthase, un membrane de la famille des pompes F0-F1 (ou F-type ATPase) utilise ce gradient pour generer de l’ATP
CANAL CFTR (CANAL AU CHLORE) ET LA MUCOVISCIDOSE (symptomes, caract, meca)
LES SYMPTOMES
- sueur riche en chlorure de sodium au niveau de la peau
- fibrose des poumons
- destruction des vioes biliaires au niveau du foie
- insuffidance des enzymes du suc digestif et diabete insulino-dependant au niveau du pancreas
- obtruction intestinale
- retard de la puberte et risques d’infertilite
CARACT
- un seul gene affecte : celui codant pour le Canal CFTR
- le canal CFTR :
*IONOCYTES
*passage du Cl-
* secretion du mucus
MECANISME
- la mutation du canal CFTR entraine une modification de la viscosite des secretions du selon l’organe, a un probleme de reabsorbtion ou de secretion du chlore
- le transport du chlore estt 5 fois plus que HCO3- mais pour une personne malade le canal CFTR est infonctionnel et le muqus comporte normalement des cils qui nettoye des bacteries, cependant pour les malade tout ceci est infonctionnel, le pH du muqus devient acide ce qui risque d’enjendrer des maladie pulmonaires
LE CAS DU CHOLERA (meca)
MECANISME
- dans le cas du cholera le canal CFTR est present
- cependant, il va y avoir une surexpression de se canal (a l’inverse de la mucoviscidose ou il y avait une sous expression)
- ce canal est present dans les poumons et les intestins
- dans les intestins il y aura un sur nombre de Cl- relache dans l’organisme
- donc ce qui entrainera une deshydratation et au niveau macroscopique se traduira pas une DIARRHEE
PEPTIDES PERMEABLES AUX CELLULES (CPP)T (caract, meca, fonction)
CARACT
- environ 30 acides amines
- generalement tres cationiques (chargee positivement)
- le CPP a la possibilite d’etre couplet avec ce qu’on veut
MECANISME
- nous sommes en presence d’une cellule et les CPP vont l’ENDOCYTER (traversent la membrane) et on se retrouve avec une translocation directe du CPP au sein de toute la cellule
FONCTION
- utilisation du CPP qui tue les cellules, TAT- RasGAP317-326, danss un criblage de CRISPR/Cas9
COUPLAGE CRISPR/Cas69 et CPP (caract Cripsr/cas9 ; caract sgRNA; role des canaux K+)
CARACT CRISPR/Cas9
- on a :
* une librairie virale de sgRNA
* cellules
- elles vont s’assembler
- se diviser en :
* population traitee avec TAT-RasGAP 317-326
*population controle
- s’amplifier par PCR des sequences de sgRNA
- sequencage a haut debit et comparaison des abondances de sgRNA
CARACT sgRNA
- influence different niveaux d’expression en fonction des canaux associes mais la plus importante est :
LES CANAUX K+
LE ROLE DES CANAUX K+
- ions controlant le potentiel de membrane
- un certain niveau de polarisation est requis pour que les CPP entrent dans la cellule par trnaslication direct
- les ions a potassium sortent de la cellule par les canaux a K+ et vont se localiser au meme endroit que les CPP cationic : au niveau des pores
- cela va engendrer une depolarisation et former des canaux a eau transitoire qui vont souvrir et faire passer le CPP puis se refermer
- la depolarisation se trouve vers -150mV
- et une HYPERPOLARISATION facilite l’entree des CPP dans les tissus
TRANSPORTEURs (fonctions)
FONCTIONS
- les transporteurs utilisent l’energie de gradients electrochimiques d’un ou deux ions donees pour mouvoir un autre ion contre son gradient de concentrations
- si le mouvement des ions est unidirectionnel on parlera de SYMPORTEURS (ou co-transporteurs)
- si le moivnet des ions est bidirectionnel on parle d’ ECHANGEURS (antiporteurs)
- le gradient eclectrochimique du sodium est souvent celui utilise pour generer l’energie necessaire aux deplacements des autres ions contr leur gradient de concentration
LES SYMPORTEURS SODIUM / GLUCOSE (loca, fonction, caract)
LOCA
- partie apicale des cellules epitheliales de l’intestin grele et du tube contourne proximal du nephron
FONCTION
-recuperer des molecules de glucose qui seraient autrement elimines par les urines ou les selles
CARACT
- ces symporteurs existent sous plusieurs ISOFORMES
- transportent 1 ou 2 ions sodium par molecule de glucose
- un gradient de glucose de 100:1 peut eetre cree par couplage au gradient electrochimique du sodium si une molecule de soium est co-transportee avec le glucose
- le gradient de glucose monte a 10 000 : 1 dans le cas ou deux molecules de sodium sont co transportees avec le glucose
SYMPORTEURS SODIUM/BICARBONATE (fonctions, caract)
FONCTIONS
- existent sous plusieurs formes transportants 1,2,3 ions bicarbonates par ion sodium
CARACT
- la forme ayant une stoechiometrie Na/bicarbonate de 1:3 induit un efflux cellulaire de sodium et de bicarbonate
- les autres formes permettent aux cellules d’absorber du bicarbonate
SYMPORTEURS SODIUM/POTASSIUM/CHLORE (foncions, caract)
FONCTIONS
- ces transporteurs utilisent le gradient electrochimique du sodium, maintenu par la Na/K-ATPase, pour permettre aux cellules d’absorber du chlore et du potassium (dans le rapport Na+/K+/Cl- de 1/1/2)
CARACT
- ils sont exprimes par de nombreuses cellules :
*cellules de l’epithelium du segment ascendant de l’anse de Henle (anse du nephron) en portent sur leur membrane apicale
Ces transporteurs sont inhibes par le FUROSEMIDE et le BUMETAMIDE, des substances DIURETIQUES
- Ces symporteurs sont aussi mis a contribution losque la cellule perd de l’eau
- Ils sont stimules par une baisse de la concentration intracellulaire de chlore
SYMPORTeURS SODIUM/CHLORE (carct, loca)
CARACT
- appartiennent a la meme famille que les symporteur sodium/potassium/chlore
LOCA
- sont present sur la membra,e apicale des cellules epitheliales du tube contourne distal du nephron
- les thiazides, des substances diuretiques : INHIBENT
SYMPORTEURS POTASSIUM/CHLORE
FONCTION
- utilisent le gradient electrochimique du potassium pour faire sortir des ions chlorure de la cellule
- ils participent au maintien d’une concentration intracellulaire basse de chlore
- impliques dans le retablissement du volume cellulaire de cellules soumises a un environnement hypo-osmotique
L’ECHANGEUR SODIUM CALCIUM (NCX) (meca; fonctions)
MECANISME
- ce transporteur quasiment ubiquitaire ejecte un ion calcium de la cellule en y faisant entrer 3 ions sodium
FONCTION
- la NCX de concert avec la pompe au calcium permet de maintenir une concentration intracellulaire de calcium extremement basse
- en calculant le gradient de calcium qui peut etre cree par cet echangeur, on arrive a une valeur de 10 000 ce qui correspond a la situation phisiologique (calcium extracellulaire : 1mM, calcium intracellulaire 100mM)
- cet echangeur est donc particulierement mis a contribution suite a une diminution du gradient de calcium induite par exemple lorsque des cellules excitables (neurones, cellules endocrines) sont stimulees et laissent entre de larges quantites de calcium
L’ECHANGEUR SODIUM PROTON (NHE) (fonction)
FONCTION
- ce transporteur permet l’echange d’un ion sodium pour un proton avec comme consequence une AUGMENTATION de l’alcanisation du cytoplasme
=) Il jour donc un role importatn dans le controle du pH intracellulaire mais participe egalement au controle du volume cellulaire
L’ECHANGEUR CHLORURE-BICARBONATE (ECHANGEUR D’ANIONS) (meca, caract, fonction)
MECA
- ce transporteur fait sortir un ion bicarbonate des cellules et en fait entre un ion chlorure
CARACT
- la sortie du bicarbonate de la cellule conduit a son acidification
- L’entree de chlorure dans la cellule quant a elle va contribuer a une augmentation du volume cellulaire
FONCTION
- ce transporteur contribue donc a reguler le pH intracellulaire
CONTROLE DU PH INTRACELLULAIRE (caract, meca)
CARACT
- l’equation de Nernst nous indique qu’un potentiel transmembranaire de -60mV (cas de +++ cellules) devrait conduire a ce que la concentration intracellulaire de proton soit 10 fois pplus elevee qu’a l’exterieur de la cellule
- pour les meme raisons les ions bicarbonates devraient etre 10 fois moins concentres dans la cellule qu’a l’extereieur (inversion des gradients provient du signe oppose des valences entre H+ et HCO3-)
- cepandant ceci n’est pas observe physiologiquement : le pH intracellulaire et les concentrations intracellulaires de bicarbonates sont en fait plus eleves que ce que nous predirait l’equation de Nernst
MECA
- les cellules doivent donc activement relarguer des protons et faire entrer du bicarbonate : EXTRUSION ACIDE
- ce phenomene fait appel aux echangeurs sodium-proton, l’echangeur chlorure bicarbonate couple au sodium et aux symporteurs sodium/bicarbonate ayant une stoechiometrie de 1:1 et 1:2
- ces systemes de transport sont generalement actives quand la cellule s’acidifie et inhibes quand la cellule s’alcalinise
- Les transporteurs impliques dans l’extrusion acide induiraient une augmentation du pH intracellulaire plus importante si d’autres transporteurs et pompes glibalement appeles :
CHARGEURS EN PROTON,
comme l’echangeur chlorure-bicarbonate et la symporteur sodium/bicarbonate ayant une stoechiometrie de 1:3, la pompe au calcium (H/Ca-ATPase), n’antagonisaient leurs effets en provoquant des mouvments de protons et de bicarbonate inverses
- L’echangeur chlorure-bicarbonate est specifiquement active par des conditions alcalines et inhibes lorsque le cytoplasme est acide
L’ECHANGEUR CHLORURE-BICARBONATE COUPLE AU SODIUM (NDCBE) (caract, meca, fonction)
CARACT
- ce transporteur a une activite mixte echangeur/symporteur
MECA
- il utilise le gradient electrochimique du sodium pour faire entrer deux ions bicarbonate dans la cellule et en faire sortir un ion chlorure (accompagne de l’entree d’un ion sodium)
- l’entree de bicarbonate dans la cellule conduit a son alcalinisation
FONCTION
-ce transporteur contribue aussi a reguler le pH intracellulaire
