Les mécanismes de transport actif nécessitent l’utilisation de l’énergie de la cellule, généralement sous forme d’adénosine triphosphate (ATP). Si une substance doit se déplacer dans la cellule contre son gradient de concentration—qui est, si la concentration de la substance à l’intérieur de la cellule est supérieure à sa concentration dans le liquide extracellulaire (et vice versa)—la cellule doivent utiliser de l’énergie pour déplacer la substance. Certains mécanismes de transport actif déplacent des matériaux de faible poids moléculaire, tels que des ions, à travers la membrane. D’autres mécanismes transportent des molécules beaucoup plus grosses.,
Gradient électrochimique
Nous avons discuté de gradients de concentration simples—concentrations différentielles d’une substance à travers un espace ou une membrane—mais dans les systèmes vivants, les gradients sont plus complexes. Parce que les ions entrent et sortent des cellules et parce que les cellules contiennent des protéines qui ne se déplacent pas à travers la membrane et sont principalement chargées négativement, il existe également un gradient électrique, une différence de charge, à travers la membrane plasmique., L’intérieur des cellules vivantes est électriquement négatif par rapport au liquide extracellulaire dans lequel elles sont baignées, et en même temps, les cellules ont des concentrations plus élevées de potassium (K+) et des concentrations plus faibles de sodium (Na+) que le liquide extracellulaire. Ainsi, dans une cellule vivante, le gradient de concentration de Na+ tend à le conduire dans la cellule, et le gradient électrique de Na+ (un ion positif) tend également à le conduire vers l’intérieur vers l’Intérieur chargé négativement. La situation est cependant plus complexe pour d’autres éléments tels que le potassium., L’électrique gradient de K+, un ion positif, tend également à le conduire dans la cellule, mais le gradient de concentration de K+ tend à conduire K+ hors de la cellule (Figure 1). Le gradient combiné de concentration et de charge électrique qui affecte un ion est appelé son gradient électrochimique.
Pratique
la Figure 1. Les gradients électrochimiques résultent des effets combinés des gradients de concentration et des gradients électriques., (crédit: « Synaptitude » /Wikimedia Commons)
L’Injection d’une solution de potassium dans le sang d’une personne est mortelle; ceci est utilisé dans la peine capitale et l’euthanasie. Pourquoi pensez-vous qu’une injection de solution de potassium est mortelle?
se déplaçant contre un Gradient
pour déplacer des substances contre une concentration ou un gradient électrochimique, la cellule doit utiliser de l’énergie. Cette énergie est récoltée à partir de L’ATP généré par le métabolisme de la cellule., Les mécanismes de transport actif, appelés collectivement pompes, agissent contre les gradients électrochimiques. Les petites substances passent constamment à travers les membranes plasmatiques. Le transport actif maintient les concentrations d’ions et d’autres substances nécessaires aux cellules vivantes face à ces mouvements passifs. Une grande partie de l’apport d’énergie métabolique d’une cellule peut être dépensée pour maintenir ces processus. (La majeure partie de l’énergie métabolique d’un globule rouge est utilisée pour maintenir le déséquilibre entre les niveaux extérieurs et intérieurs de sodium et de potassium requis par la cellule.,) Parce que les mécanismes de transport actif dépendent du métabolisme énergétique d’une cellule, ils sont sensibles à de nombreux poisons métaboliques qui interfèrent avec l’approvisionnement en ATP.
deux mécanismes existent pour le transport de matériaux de petit poids moléculaire et de petites molécules. Le transport actif primaire déplace les ions à travers une membrane et crée une différence de charge à travers cette membrane, qui dépend directement de L’ATP. Le transport actif secondaire décrit le mouvement du matériau qui est dû au gradient électrochimique établi par le transport actif primaire qui ne nécessite pas directement D’ATP.,
protéines porteuses pour le Transport actif
Une adaptation membranaire importante pour le transport actif est la présence de protéines porteuses ou de pompes spécifiques pour faciliter le mouvement: il existe trois types de ces protéines ou transporteurs (Figure 2). Un uniporter porte un ion ou une molécule spécifique. Un symporter transporte deux ions ou molécules différents, tous deux dans la même direction. Un antiporter transporte également deux ions ou molécules différents, mais dans des directions différentes. Tous ces transporteurs peuvent également transporter de petites molécules organiques non chargées comme le glucose., Ces trois types de protéines porteuses se trouvent également dans la diffusion facilitée, mais elles ne nécessitent pas D’ATP pour fonctionner dans ce processus. Quelques exemples de pompes pour le transport actif sont Na+ – K + ATPase, qui transporte des ions sodium et potassium, et H+–K+ ATPase, qui transporte des ions hydrogène et potassium. Les deux sont des protéines porteuses antiporter. Deux autres protéines porteuses sont la Ca2 + ATPase et la H+ ATPase, qui ne transportent que des ions calcium et hydrogène, respectivement. Les deux sont des pompes.
la Figure 2. Un uniporter porte une molécule ou un ion., Un symporter transporte deux molécules ou ions différents, tous deux dans la même direction. Un antiporter transporte également deux molécules ou ions différents, mais dans des directions différentes. (crédit: modification du travail par « Lupask » /Wikimedia Commons)
Transport actif primaire
le transport actif primaire qui fonctionne avec le transport actif du sodium et du potassium permet le transport actif secondaire. La deuxième méthode de transport est toujours considérée comme active car elle dépend de l’utilisation de l’énergie tout comme le transport primaire (Figure 3).,
la Figure 3. Le transport actif primaire déplace les ions à travers une membrane, créant un gradient électrochimique (transport électrogène). (crédit: modification des travaux de Mariana Ruiz Villareal)
l’une des pompes les plus importantes dans les cellules animales est la pompe sodium-potassium (Na+-K+ ATPase), qui maintient le gradient électrochimique (et les concentrations correctes de Na+ et K+) dans les cellules vivantes., La pompe sodium-potassium déplace K + dans la cellule tout en déplaçant Na+ en même temps, à un rapport de trois Na+ pour chaque deux ions K+ déplacés. La Na + – K + ATPase existe sous deux formes, selon son orientation vers l’intérieur ou l’extérieur de la cellule et son affinité pour les ions sodium ou potassium. Le processus comprend les six étapes suivantes.
- Avec l’enzyme orientées vers l’intérieur de la cellule, le transporteur a une forte affinité pour les ions sodium. Trois ions se lient à la protéine.,
- L’ATP est hydrolysé par le transporteur protéique et un groupe phosphate à faible énergie s’y attache.
- En conséquence, le support change de forme et se réoriente vers l’extérieur de la membrane. L’affinité de la protéine pour le sodium diminue et les trois ions sodium quittent le transporteur.
- Le changement de forme augmente l’affinité du transporteur pour les ions potassium, et deux de ces ions se fixent à la protéine. Par la suite, le groupe phosphate à faible énergie se détache du support.,
- avec le groupe phosphate enlevé et les ions potassium attachés, la protéine porteuse se repositionne vers l’intérieur de la cellule.
- La protéine porteuse, dans sa nouvelle configuration, a une affinité diminuée pour le potassium, et les deux ions sont libérés dans le cytoplasme. La protéine a maintenant une affinité plus élevée pour les ions sodium, et le processus recommence.
Plusieurs choses se sont produites à la suite de ce processus. À ce stade, il y a plus d’ions sodium à l’extérieur de la cellule qu’à l’intérieur et plus les ions potassium à l’intérieur qu’à l’extérieur., Pour chaque trois ions de sodium qui sortent, deux ions de potassium entrent. Il en résulte que l’intérieur est légèrement plus négatif par rapport à l’extérieur. Cette différence de charge est importante pour créer les conditions nécessaires au processus secondaire. La pompe sodium-potassium est donc une pompe électrogène (une pompe qui crée un déséquilibre de charge), créant un déséquilibre électrique à travers la membrane et contribuant au potentiel membranaire.,
Transport actif secondaire (Co-transport)
le transport actif secondaire amène des ions sodium, et éventuellement d’autres composés, dans la cellule. À mesure que les concentrations d’ions sodium augmentent à l’extérieur de la membrane plasmique en raison de l’action du processus de transport actif primaire, un gradient électrochimique est créé. Si une protéine de canal existe et est ouverte, les ions sodium seront tirés à travers la membrane. Ce mouvement est utilisé pour transporter d’autres substances qui peuvent se fixer à la protéine de transport à travers la membrane (Figure 4)., De nombreux acides aminés, ainsi que le glucose, entrent dans une cellule de cette façon. Ce processus secondaire est également utilisé pour stocker des ions hydrogène de haute énergie dans les mitochondries des cellules végétales et animales pour la production d’ATP. L’énergie potentielle qui s’accumule dans les ions hydrogène stockés est traduite en énergie cinétique lorsque les ions déferlent à travers la protéine ATP synthase du canal, et cette énergie est utilisée pour convertir L’ADP en ATP.
Pratique
la Figure 4., Un gradient électrochimique, créé par le transport actif primaire, peut déplacer d’autres substances contre leurs gradients de concentration, un processus appelé co-transport ou transport actif secondaire. (crédit: modification du travail de Mariana Ruiz Villareal)
le Transport Actif: En Résumé
la demande d’Énergie.,
- transport actif primaire (ATP est la « force motrice”).
- transport actif secondaire (l’énergie est fournie par un gradient électrochimique).
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