Cours sur la perméabilité membranaire.

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Soit le dispositif expérimental suivant

Si on s’intéresse au déplacement des molécules de glucose, on identifie un déplacement de glucose de 1 vers 2

si on veut quantifier se déplacement de glucose, on introduit la notion de flux de diffusion

Flux = nombre de molécule de glucose diffusant à travers une surface par une unité de temps

l’unité est mol/(s.cm2)l’amplitude du flux de diffusion est fonction de la concentration des molécules qui diffusent

Après un certain temps d’expérience : on observe dans le récipient la situation suivante

[pic 1]

On doit faire intervenir deux flux

F1->2 et F2->1

D’où la nécessité d’introduire le flux net de diffusion

Fnet = F1->2 – F2->1 Le flux net détermine :

- Le gain net de glucose par 2

- La perte nette de glucose par 1

avec le temps, la [glucose]2 va augmenter

la [glucose]1 va diminuer

Au bout d’un moment on aura

[glucose]1 = [glucose]2 =10mM => équilibre de diffusion caractérisé par Fnet = 0

Représentons la cinétique de ce processus de diffusion [pic 2]

Le flux net de diffusion est déterminé en amplitude et en direction par le gradient de concentration (=différence de concentration qui existe pour une substance donnée entre deux régions voisines )

- Direction de la diffusion => flux net de diffusion est dirigé dans le sens du gradient de concentration -> de la région la plus concentré vers la région la moins concentrée

- Amplitude de la diffusion :

- Dépend de l’amplitude du gradient de concentration

- Température

- Du poids moléculaire qui diffuse

- La viscosité du solvant

- La surface offerte à la diffusion

- Vitesse de la diffusion : la diffusion est un mécanisme très efficace pour que les molécules se déplacent sur de courtes distances mais pas quand les distance s’allonge (diffusion inefficace)

Soit l’exemple suivant d’un tissu qui se trouverait à proximité d’un vaisseau sanguin [pic 3]

Au bout de combien de temps on a au point A et B une concentration en glucose de 0,9 g/L ?

- Au point A, t= 3,5 sec

- Au point B, t= 11 ans => donc pour résoudre ce problème réseau sanguin très développé.

Dans 1 mm3 de cœur on observe 1 m de capillaire

- diffusion à travers les membranes

Considérons l’expérience suivante

[pic 4]

Représentons la cinétique de ce processus de diffusion à travers la membrane

[pic 5]

L’amplitude du flux net de diffusion (avant que Ci = C0) dépend :

- du gradient de concentration (C0 – Ci)

- d’un coefficient de perméabilité (P) -> dépends de plusieurs facteurs :

- du poids moléculaire de la molécule qui diffuse

- de la température

- d’un coefficient de dissolution de la molécule dans la membrane

P -> exprime la facilité avec laquelle une molécule traverse une membrane.

Première loi de la diffusion de Fick : le flux net de diffusion à travers la membrane est donné par la relation F = P. ( C0 – Ci ) et P exprimé en cm/s donc P= vitesse de passage de la molécule à travers la membrane

Les biophysiciens on établit qu’il y a une relation entre les coefficients de perméabilité de différente molécule et leur structure moléculaire la plupart des molécules polaires hydrophile et des molécules ionisées entrent lentement dans la cellule tandis que les molécules non polaires entrent rapidement

La plupart des molécules qui traversent la membrane le font par diffusion mais cette diffusion se fait au niveau de la bicouche lipidique ou au niveau des protéines membranaires suivant les molécules

- diffusion au niveau de la bicouche lipidique de la membrane :

- plus la molécule est petite et hydrophobe (ou soluble dans l’huile), plus elle diffusera rapidement à travers une bicouche lipidique

à l’aide de bicouche lipidique artificiel il a été établie que :

- les petites molécules non polaires diffusent rapidement

- les molécules polaires non chargée de petite taille diffuse aussi rapidement

- les grosses molécules polaires non chargée comme le glucose diffuse très lentement

- toutes les molécules chargées quel que soit leur taille diffusent très lentement à travers une bicouche lipidique

- diffusion à travers les canaux protéiques :

Les ions ne diffusent pas à travers les bicouches lipidiques or on sait qu’ils traversent les membranes plasmiques des cellules et ils le font par diffusion.

- Diffusion au niveau des canaux ioniques de la membrane

Canaux ionique sont en général très sélectifs canaux K+, canaux Na+, …

2 états possibles pour ces canaux : fermé ou ouvert.

Stimuli permettant d’ouvrir ou fermé => stimuli électrique, mécanique ou chimique

Il