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Transporters, and Pumps Flashcards

(104 cards)

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1
Q

Les membranes sont-elles perméables aux ions ou molécules polaires ?

A

Non, elles sont très peu perméables à ces molécules.

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Q

Pourquoi les membranes ne peuvent-elles pas être composées uniquement de lipides ?

A

Parce que cela empêcherait le passage de substances essentielles, rendant la cellule non fonctionnelle.

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3
Q

Quel est le rapport lipidique-protéique typique dans les membranes biologiques ?

A

Il varie de 4:1 à 1:4.

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4
Q

Quelle est la différence entre une protéine membranaire intégrale et périphérique ?

A

L’intégrale est profondément ancrée dans la membrane, la périphérique est associée en surface ou via des interactions.

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5
Q

Comment les protéines périphériques peuvent-elles se lier à la membrane ?

A

Via des groupements polaires, des interactions avec d’autres protéines ou une queue lipidique.

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6
Q

Quelle est l’épaisseur typique d’une bicouche lipidique seule ?

A

Environ 30 angströms (Å).

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7
Q

Quels types de structures protéiques secondaires traversent les membranes ?

A

Hélices alpha et tonneaux bêta.

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8
Q

Pourquoi les hélices alpha peuvent-elles traverser la membrane ?

A

Leurs chaînes latérales hydrophobes pointent vers l’extérieur, s’intégrant dans la membrane.

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9
Q

Pourquoi les tonneaux bêta forment-ils de bons pores ?

A

Leurs résidus hydrophobes sont orientés vers l’extérieur et les hydrophiles vers l’intérieur du canal.

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10
Q

Comment les canaux de plusieurs hélices alpha fonctionnent-ils ?

A

Les chaînes hydrophobes sont tournées vers la membrane, les chaînes hydrophiles vers le centre du canal.

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11
Q

Les molécules diffusent-elles librement à travers les membranes cellulaires ?

A

Non, à l’exception de quelques molécules comme le cholestérol.

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12
Q

Quels types de protéines permettent le transport membranaire ?

A

Les canaux, les transporteurs et les pompes.

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13
Q

Quelle proportion du génome humain code pour les protéines de transport membranaire ?

A

Environ 10 %, soit environ 2 000 gènes.

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14
Q

Quels sont les deux principaux facteurs qui régissent le transport membranaire ?

A

Les gradients de concentration et d’osmolarité.

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15
Q

Quel est le moteur du passage de l’eau à travers une membrane ?

A

Les différences d’osmolarité, représentées par un gradient de pression osmotique (π).

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16
Q

Quelle est l’équation de base de l’énergie libre de Gibbs pour une réaction chimique ?

A

ΔG = ΔG°’ + RT ln([produits]/[substrats])
- ΔG : énergie libre réelle
- ΔG°’ : énergie libre standard
- R : constante des gaz (8,314 J/mol·K)
- T : température en K
- [ ] : concentrations

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17
Q

Quelle est l’équation de l’énergie libre pour le transport d’une molécule non chargée ?

A

ΔG_transport = RT ln([A]_2 / [A]_1)
- Applicable si A n’est pas transformée
- [A]_1 : concentration côté 1
- [A]_2 : concentration côté 2

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18
Q

Dans quel cas le transport d’une molécule non chargée est-il spontané ?

A

Si [A]_2 < [A]_1 alors ΔG_transport < 0
➡️ Transport passif (diffusion naturelle)

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19
Q

Qu’indique un ΔG_transport > 0 ?

A

➡️ Transport non spontané
➡️ Nécessite de l’énergie (ex. ATP)
➡️ Transport actif

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20
Q

Pourquoi ΔG°’ = 0 pour le transport d’une molécule non chargée ?

A

Parce que c’est la même molécule des deux côtés.
➡️ Pas de réaction chimique
➡️ Pas de changement d’énergie standard

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21
Q

Est-ce que ΔG°’ est constant pour une réaction donnée ?

A

✅ Oui ! ΔG°’ est constant car il est mesuré dans des conditions standard : 1 M, pH 7, 25°C. Il sert de référence pour comparer les réactions biochimiques.

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22
Q

Quelle est la différence entre ΔG et ΔG°’ ?

A

ΔG : énergie libre réelle, dépend des concentrations et de la température. ΔG°’ : énergie libre standard, constante pour une réaction. ΔG = ΔG°’ + RT ln([produits]/[réactifs])

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23
Q

ΔG correspond-il uniquement à la somme des énergies des liaisons covalentes ?

A

❌ Non. ΔG inclut aussi l’entropie (ΔS), pas seulement l’enthalpie (ΔH). C’est une mesure globale de l’énergie disponible pour un travail utile.

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24
Q

À quoi correspond ΔH (enthalpie) dans une réaction chimique ?

A

✅ ΔH reflète la différence d’énergie des liaisons cassées et formées pendant la réaction. C’est l’aspect chaleur / énergie chimique.

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25
Pourquoi une réaction qui absorbe de l’énergie (liaisons) peut quand même avoir ΔG < 0 ?
Parce que l’entropie peut augmenter fortement ! Un ΔS très positif peut compenser une enthalpie défavorable → réaction spontanée malgré tout.
26
Que nous indique ΔG concernant le transport d’une molécule ?
Si le transport est spontané ou non, mais pas la vitesse du transport.
27
Qu’est-ce que les transporteurs influencent dans le transport membranaire ?
Ils modifient la vitesse (cinétique), pas l’équilibre (déterminé par ΔG).
28
Quel est le terme utilisé pour mesurer la vitesse de transport à travers une membrane ?
Le flux (noté JA), exprimé en moles/s/cm².
29
Quelle est la formule de base du flux JA à travers une membrane ?
JA = -D_A × dA/dx
30
Comment exprime-t-on le gradient de concentration à travers la membrane ?
ΔA / X = (A_int - A_ext) / X
31
Quelle est la formule du flux JA en fonction de la perméabilité ?
JA = P_A × (A_ext - A_int)
32
Quelles sont les unités du coefficient de perméabilité PA ?
Longueur par temps, par exemple cm/s.
33
Les molécules polaires ou chargées sont-elles facilement perméables ?
Non, elles sont en général peu perméables à travers la bicouche lipidique.
34
Qu’est-ce que le coefficient de diffusion DA ?
DA mesure la facilité avec laquelle une molécule diffuse ; unités : cm²/s.
35
Pourquoi l’urée traverse-t-elle difficilement une membrane lipidique pure ?
Elle est polaire, doit perdre sa coque d’hydratation, et le milieu lipidique lui est défavorable.
36
Comment la membrane d’érythrocyte affecte-t-elle la perméabilité de l’urée ?
Elle l’augmente grâce à des transporteurs qui compensent l’énergie de désolvation.
37
Que représente ΔG‡ (delta G double dagger) dans le transport membranaire ?
L’énergie d’activation nécessaire pour traverser la membrane ; plus haute sans transporteur.
38
Quel rôle joue un transporteur dans le passage de l’urée ?
Il forme des liaisons hydrogène, réduisant l’énergie requise pour traverser la membrane.
39
Pourquoi un transporteur augmente-t-il la perméabilité d’une molécule ?
Il abaisse ΔG‡, ce qui élève la valeur de e^(−ΔG‡/RT), donc la perméabilité.
40
Que mesure ΔG de transport dans un système membranaire ?
La différence d’énergie libre entre les deux côtés de la membrane à l’équilibre.
41
Qu’est-ce qu’un canal dans une membrane biologique et 3 propriétés ?
Protéine transmembranaire avec 3 propriétés: * facilite la diffusion passive * Diminue l’énergie d’activation (ΔG‡) sans utiliser d’énergie * non saturable
42
Que sont les aquaporines ?
Ce sont des canaux protéiques spécialisés dans le transport rapide et sélectif de l'eau à travers les membranes plasmatiques.
43
Qui a découvert les aquaporines et quand a-t-il reçu le prix Nobel ?
Peter Agre les a découvertes et a reçu le prix Nobel de chimie en 2003.
44
Quelle est la structure générale d'une aquaporine ?
Elle contient 6 hélices transmembranaires et 2 hélices courtes, et fonctionne comme un tétramère.
45
Combien de molécules d'eau une aquaporine peut-elle transporter par seconde ?
Environ 3 milliards (3 × 10⁹) de molécules d'eau par seconde.
46
Pourquoi le ∆G‡ du transport d’eau via une aquaporine est-il faible ?
À cause de la structure du canal et de l'interaction des liaisons hydrogène avec les parois du canal.
47
Pourquoi les aquaporines n'autorisent-elles pas le passage des protons (H⁺) ?
Elles empêchent le "proton hopping" grâce à une inversion du dipôle de l’eau et à des contraintes structurales.
48
Quelle est la forme du canal d’une aquaporine à son point le plus étroit ?
En forme de sablier, avec une constriction de seulement 2,8 Å.
49
Quel rôle joue la constriction du canal dans la sélectivité ?
Elle empêche les molécules plus grandes ou chargées de passer, ne laissant passer que H₂O.
50
Quel est le rôle des motifs NPA dans l’aquaporine ?
Ils forcent une inversion du dipôle des molécules d’eau, interrompant le "proton wire".
51
Comment les hélices courtes contribuent-elles à la sélectivité des aquaporines ?
Leurs dipôles positifs repoussent les protons (H⁺), renforçant la barrière électrostatique.
52
Quel est le rôle du transporteur de glucose dans les globules rouges ?
Il permet un transport rapide et spécifique du glucose à travers la membrane cellulaire.
53
Quelle est la perméabilité du glucose à travers une bicouche lipidique pure ?
Environ 4 × 10⁻⁹ cm/s, soit un transport très lent.
54
Quelle est la perméabilité du glucose dans les globules rouges ?
Environ 2 × 10⁻⁴ cm/s, soit 500 000 fois plus rapide que dans une membrane lipidique seule.
55
Quel paramètre cinétique indique une saturation du transport du glucose ?
Le flux atteint un plateau (Jmax)/
56
Que signifie le plateau observé dans la courbe du transport de glucose ?
Cela suggère un mécanisme de transport saturable.
57
Quel effet a le chlorure mercurique (HgCl₂) sur le transport du glucose ?
Il inhibe le transport rapide, suggérant que le transport est médié par une protéine contenant des cystéines.
58
Pourquoi le transport du glucose est-il beaucoup plus rapide dans les globules rouges ?
À cause d’un transporteur protéique spécifique présent dans leur membrane.
59
Quel est le flux maximal (Jmax) de glucose dans les globules rouges ?
Environ 1 × 10⁻⁶ mmol/cm²/s.
60
Quelle équation mathématique décrit la cinétique du transport du glucose ?
Une équation de type Michaelis-Menten : J = (Jmax × [glucose]) / (Kt + [glucose])
61
Que représente le paramètre Kt dans le transport du glucose ?
C’est l’analogue du Km enzymatique ; c’est la concentration à laquelle J = Jmax / 2.
62
Quelle est la principale différence entre un canal et un transporteur comme GLUT1 ?
Les transporteurs sont saturables, les canaux ne le sont pas.
63
Quelle est la structure du transporteur de glucose GLUT1 ?
Il possède 12 hélices transmembranaires formant un pore hydrophile.
64
Quelle propriété structurale permet à GLUT1 de créer un canal hydrophile ?
L’arrangement en hélice amphipathique (faces polaire et apolaire distinctes).
65
Quelles sont les étapes du transport facilité du glucose par un transporteur ?
1) Liaison du glucose au transporteur. 2) Changement de conformation vers l’intérieur. 3) Libération du glucose. 4) Réinitialisation du transporteur.
66
Pourquoi ce transporteur est-il appelé 'gated pore' et peut-il créer un gradient ?
Il agit comme un pore qui ne s’ouvre que quand le glucose est lié. Il ne peut pas créer de gradient car le transport se fait selon la concentration.
67
Comment le transport du glucose peut-il être régulé dans l’organisme basé sur ces transporteurs?
L’insuline augmente le nombre et l’activité des transporteurs (ex : dans les muscles et cellules adipeuses), ce qui augmente le flux de glucose.
68
Qu'est-ce qu'un uniporteur ?
Un transporteur qui déplace une seule molécule selon son gradient de concentration, sans énergie (ex : GLUT1 pour le glucose).
69
Quelle est la fonction principale d’un transporteur facilitateur ?
Réduire l’énergie d’activation (ΔG‡) pour accélérer l’atteinte de l’équilibre, sans consommer d’énergie.
70
Quelle est la différence entre symporteur et antiporteur ?
Le symporteur transporte deux molécules dans la même direction ; l’antiporteur dans des directions opposées.
71
Quand un co-transport est-il possible thermodynamiquement ?
Lorsque la somme des ΔG des deux transports est négative (ΔG net < 0).
72
Qu’est-ce que le gradient électrochimique ?
C’est la combinaison du gradient de concentration et de la différence de potentiel électrique (voltage) à travers la membrane.
73
Quelle est la formule générale de ΔG pour le transport d’une molécule chargée ?
ΔGt = RT ln([A]₂ / [A]₁) + ZAFΔψ
74
Que signifie Z dans la formule générale de ΔG pour le transport d’une molécule chargée ?
Z est la **valence (charge)** de l’ion transporté.
75
Quelle est la valeur de la constante de Faraday F dans la formule générale de ΔG pour le transport d’une molécule chargée ?
F = 96 485 C/mol (ou J·V⁻¹·mol⁻¹)
76
Quelle est la température utilisée dans les calculs biologiques en K dans la formule générale de ΔG pour le transport d’une molécule chargée ?
310 K (soit 37°C)
77
Quel est l’exemple utilisé pour illustrer le calcul de ΔG ?
La **pompe à calcium** dans une cellule musculaire
78
Quelles sont les concentrations de Ca²⁺ dans cet exemple de pompe à l'intérieur de la cellule musculaire?
0.1 µM dans le cytosol et 1.5 mM dans le réticulum sarcoplasmique.
79
Quel est le potentiel membranaire entre le reticulum sarcoplasmique et le cytoplasme des cellules musculaires?
+50 mV (soit 0.050 V)
80
Quel est le ΔG calculé pour ce transport ?
ΔG ≈ +34.7 kJ/mol
81
Pourquoi ce transport nécessite de l’énergie ?
Parce qu’il se fait **contre le gradient électrochimique**
82
Quelle molécule fournit cette énergie ?
L’**ATP**
83
Quelle est la valeur approximative de ΔG pour l’hydrolyse de l’ATP ?
Environ **-50 kJ/mol**
84
Qu’est-ce qu’une P-type ATPase ?
Une pompe qui utilise l’hydrolyse de l’ATP pour transporter des ions et qui est **phosphorylée** au cours du cycle.
85
Pourquoi dit-on "P-type" ?
Parce qu’elle subit une **phosphorylation** transitoire pendant son cycle de fonctionnement.
86
Quel est l’exemple principal de P-type ATPase vu dans le cours ?
La **calcium ATPase** (pompe à calcium).
87
Quel est un autre exemple de P-type ATPase ?
La **pompe sodium-potassium (Na⁺/K⁺-ATPase)**.
88
Quel est l’élément commun à toutes les P-type ATPases ?
Une architecture composée de **10 hélices α transmembranaires** et **3 domaines modulaires cytoplasmiques**.
89
Quels sont les trois domaines cytoplasmiques modulaires ?
1. nucleotide binding domain (N) 2. Phosphorylation domain (P) 3. Actuator domain (A)
90
Quel est le rôle du "nucleotide binding domain" ?
Il **lie l’ATP** pour l’hydrolyse.
91
Quel est le rôle du "phosphorylation domain" ?
Il reçoit le **phosphate de l’ATP** lors de la phosphorylation intermédiaire.
92
Quel est le rôle du "actuator domain" ?
Il est impliqué dans le **changement de conformation** de la pompe pendant le cycle.
93
Quelles sont les étapes du fonctionnement de la pompe calcium ATPase (P-type ATPase) ?
1. Deux ions Ca²⁺ se lient au domaine transmembranaire. 2. ATP se lie au domaine N. 3. Le domaine N transfère un phosphate à un aspartate sur le domaine P. 4. La phosphorylation induit un changement de conformation. 5. Le domaine A se déplace, ouvrant le canal vers le réticulum sarcoplasmique. 6. Libération des ions Ca²⁺ dans le réticulum. 7. ADP est relâché. 8. Le domaine P est déphosphorylé. 9. Le domaine A est réinitialisé. 10. Les domaines T, S et P se réinitialisent, le canal s’ouvre à nouveau vers le cytoplasme.
94
Que devient l’ADP ?
L’**ADP est libéré** après le transfert de phosphate.
95
Quel est le rôle global de l’ATP dans ce processus ?
L’**hydrolyse de l’ATP fournit l’énergie** pour transporter activement le Ca²⁺ contre son gradient.
96
Quel est le type de changement déclenché par l’ATP ?
Un **changement allostérique** des domaines modulaires
97
Pourquoi la phosphorylation est-elle efficace pour induire des changements conformationnels ou transmettre des signaux ?
Parce que le groupe phosphate est gros et chargé négativement (-2), ce qui modifie les propriétés de la région protéique concernée (taille, polarité, interactions).
98
Qu'est-ce qu'une pompe ?
Un transporteur actif qui diminue ΔG‡
99
Quelle est la source d'énergie des pompes P-type ?
L’hydrolyse de l’ATP.
100
Pourquoi un transport actif est-il saturable ?
Parce que le nombre de sites de liaison aux ions transporté est limité
101
Quel est le rôle de la pompe Na⁺/K⁺-ATPase ?
Expulser 3 Na⁺ hors de la cellule et faire entrer 2 K⁺
102
Quelle est la conséquence du transport net Na⁺/K⁺ sur le potentiel membranaire ?
Le potentiel intracellulaire devient **négatif** (~ –70 mV).
103
Quel pourcentage de l'ATP du corps est utilisé par la pompe Na⁺/K⁺ ?
Environ **25 %** de l’ATP total par jour.
104
Pourquoi maintenir le gradient électrochimique Na⁺/K⁺ malgré son coût énergétique élevé ?
Parce qu’il permet à d'autres pompes trasporteurs de fonctionner, sert pour le potentiel d'action et le maintien du gradient osmotique

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