Biologie
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La membrane cellulaire
La membrane plasmique sépare la cellule de son environnement tout en la protégeant. Elle laisse passer certaines substances plus facilement que d’autres ce qui en fait une membrane sélective. En général, les molécules de petite taille pénètrent plus facilement que les grosses molécules.
Rôle de la membrane :
- Limite cellulaire
- Lieu d’échange
- Lieu de reconnaissance
- Défense cellulaire
Structure de la membrane plasmique (membrane cellulaire) :
La membrane plasmique est constituée d’une double couche de lipides appelés phospholipides. La structure n’est pas rigide. Elle est maintenue ensemble grâce aux attractions hydrophobes entre les molécules de phospholipides.
Les parties hydrophiles (tête) des molécules de phospholipides restent en contact avec l’eau, tandis que la partie hydrophobe (queue) est protégée à l’intérieur de la structure.
Le modèle de la mosaïque fluide :
En 1972, les biologistes S.J.Singer et G.Nicholson ont proposé un modèle qui tient compte de la capacité des protéines à avoir une partie hydrophile et une partie hydrophobe. Selon eux, les protéines sont dispersées à travers la double couche de phospholipides. Cette disposition des protéines maximise le contact avec la partie hydrophile des protéines en même temps que la partie hydrophile des phospholipides avec l’eau, tout en protégeant la partie hydrophobe. D’après ce modèle, la membrane est une mosaïque faite d’une double couche de phospholipides où flottent des protéines.
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Vidéo de la mosaique de la membrane fluide.
Le cholestérol :
Dans les cellules animales, on retrouve du cholestérol, un stéroïde, à l’intérieur de la membrane plasmique à travers les phospholipides. Le cholestérol joue un rôle dans la fluidité membranaire lors des changements de températures. À des températures modérées, le cholestérol diminue la fluidité membranaire en diminuant les mouvements des phospholipides. À des températures plus basses, le cholestérol empêche la membrane de se solidifier en empêchant l’entassement des phospholipides.
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Exercices: - # 1, 5, 6 et 7
Le transport membranaire
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Méthodes de transport qui ne nécessitent pas d'énergie.
La diffusion
La diffusion à travers une membrane est un processus qui ne nécessite pas d’énergie (transport passif). Il y a une tendance vers l’équilibre (même concentration) sur les deux côtés d’une membrane.
Lors de la diffusion, le mouvement des molécules se fait toujours de la zone de forte concentration vers la zone de plus faible concentration grâce au gradient de concentration.
Vidéo: diffusion
L'osmose
On appelle osmose, le transport passif de l’eau à travers une membrane.
L’eau a tendance à se déplacer d’un milieu de faible concentration en soluté à un milieu à forte concentration en soluté. Le soluté est la substance dissoute dans l’eau.
Une solution hypotonique: est une solution ayant une faible concentration en soluté.
Une solution hypertonique: est une solution ayant une forte concentration en soluté.
Une solution isotonique: est une solution qui contient des concentrations égales de solutés.
La direction du déplacement de l’eau (ou osmose) dépend de la concentration totale du soluté de chaque côté de la
membrane et non de la nature du soluté.
L’équilibre de l’eau dans les cellules ou osmorégulation
Les cellules animales et végétales ne réagissent pas de la même façon lorsque l’on applique des variations de concentration des solutés de leur milieu.
Cellules animales
Cellules végétales
a) hypotonique b) isotonique c) hypertonique
Vidéo: L'osmose
La diffusion facilitée
La diffusion facilitée est un mode de transport à travers la membrane plasmique. L’eau et certains solutés traversent la membrane sans problèmes. D’autres molécules ont besoin de l’aide des protéines présentes dans la membrane pour pénétrer à l’intérieur de la cellule.
Il existe 2 types de diffusion facilitée :
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Celle qui utilise les canaux protéiques
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Celle qui utilise une protéine de transport
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Les canaux protéiques :
Ils sont des petits couloirs hydrophiles qui permettent aux molécules d’eau et aux petits ions de traverser la membrane. Le canal protéique est constitué d’une seule protéine.
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Protéine de transport :
Cette protéine possède les mêmes propriétés qu’une enzyme, c’est-à-dire qu’elle reconnaît qu’une seule substance. Il existe un type de protéine de transport pour une molécule particulière. La perméase est un exemple de protéine de transport.
Vidéos: la diffusion facilitée (canaux, protéines)
Transport passif
Transport actif
L’eau entre dans la cellule et la paroi élastique de la cellule se distend jusqu’à un certain point. La paroi de la cellule exerce ensuite une pression ce qui empêche l’eau d’entrer. Elle devient ferme (turgescente) qui est l’état idéal pour les végétaux.
Il n’y a pas de diffusion nette de l’eau vers l’intérieur et la cellule devient flasque. La plante verra ses feuilles flétrir lorsque ses cellules sont flasques.
La cellule perd de l’eau et rétrécit. La membrane plasmique s’écarte de la paroi cellulaire. La cellule se ratatine et meurt. (plasmolyse)
Lorsque la cellule doit faire passer une substance à travers une membrane à l’encontre du gradient de concentration, elle a besoin d’énergie. Cette énergie provient de l’ATP (adénosine triphosphate). Cette forme de transport membranaire qui utilise de l’énergie s’appelle transport actif.
Les concentrations à l’intérieur des cellules ne sont pas les mêmes que celles à l’extérieur de la cellule, le transport actif permet le maintient de ces différentes concentrations.
Le transport actif utilise des protéines qui sont situées dans la membrane cellulaire. L’ATP (adénosine triphosphate) fournit l’énergie au processus en donnant son groupement phosphate terminal à la protéine de transport. Le transfert du groupement phosphate change la forme de la protéine ce qui permet au soluté (comme le Na ou le K) qui est faiblement lié à la protéine, d’être transporté de l’autre côté de la membrane. La pompe à sodium et à potassium est une pompe qui utilise le transport actif.
Vidéo : pompe a sodium
Exercices: # 3, 4, 9 et 11
Le transport des grosses particules
Les particules, comme des granules et des microorganismes, des macromolécules comme les protéines et les polysaccharides franchissent la membrane plasmique à l’aide d’un mécanisme faisant intervenir des vacuoles ou des vésicules. C’est un processus du transport actif.
L'endocytose
Dans l’endocytose, une portion de la membrane plasmique forme une pochette vers l’intérieur. Cette pochette se détache de la membrane et forme une vésicule dans le cytoplasme. Cette vésicule est remplie de matière provenant de l’extérieur de la cellule.
Il y a trois types d’endocytose : la phagocytose, la pinocytose et l’endocytose par récepteur interposé.
La phagocytose
Une particule est encerclée par des pseudopodes qui sont des prolongements cytoplasmiques temporaires. Cela forme une vacuole autour de la particule. La vacuole se fusionnera avec un lysosome rempli d’enzymes hydrolytiques qui pourra digérer la particule.
- Vidéo démontrant l'extention des pseudopodes et formation de la vacuole
- Animation:
Pinocytose
Endocytose par récepteurs interposé
Des récepteurs sont situés à la surface de la cellule et certaines molécules se lient à ces récepteurs (ligands). Ces récepteurs sont regroupés dans une région de la cellule appelée puits tapissés qui deviennent une vésicule enrobée suite à l’invagination du puits.
L'exocytose
L’exocytose est l’inverse de l’endocytose. Une vésicule de sécrétion s’est détachée de l’appareil de Golgi et est transporté dans le cytosquelette. Lorsque la membrane de la vésicule et la membrane plasmique entrent en contact, les molécules de la bicouche de la membrane, se réorganisent. Les membranes fusionnent et deviennent continues ce qui permet de verser le contenu de la vésicule à l’extérieur de la cellule.
Voici quelques exemples de fonctions de l'exocytose.
1. Sécrétions des glandes : Insuline (hormone) relâchée des cellules du pancréas où elle est produite.
2. Rejet de déchets non-digérés
3. Passage à travers d'une barrière cellulaire