La cellule est composée de :
- [[noyau]]
- cytosol
- [[membrane plasmique]]
Organites compartiments isolés dans le cytosol.
Le cytosol contient :
| Organites à membrane (5) | Inclusions (10) |
|---|---|
| [[mitochondries]] | Gouttelettes [[lipides]] |
| [[réticulum]] | Granules de glycogène |
| Appareil de Golgi | Ribosome |
| Particules de Vault | |
| Protéasomes | |
| [[cytosquelette]] | |
| Centrioles | |
| Centrosome | |
| Cils | |
| Flagelles | |
| ### La composition du cytosol |
Le milieu intra et extra cellulaire n'ont pas la même composition. La concentration est plus élevée dans le milieu :
- Extracellulaire en \(Na^+\) , \(Ca^{2+}\), \(Mg^{2+}\), \(Cl^-\), \(HCO_3^-\).
- Intracellulaire en \(K^+\), \(HPO_4^{2-}\), les protéines.
La membrane plasmique
La membrane plasmique est soutenue par le cytosquelette. Elle permet notamment :
- D'assurer la communication avec l'environnement.
- De réguler les échanges avec l'extérieur.
- D'assurer la jonction avec les autres cellules.
Les échanges
La cellule échange avec son environnement des :
- Ions.
- Eau.
- Déchets métaboliques.
- Produits de synthèse.
- Nutriments.
La communication
- Récepteurs de messagers chimiques (hormones, neurotransmetteurs)
- Récepteurs à l'environnement pH, MEC (matrice extracellulaire), pression, lumière, champs électriques...
Jonction cellulaire
Trois types de jonctions :
- Serré
- Trou
- Adhésion
Composition et structure de la membrane plasmique
En moyenne, la membrane plasmique des cellules est composée de
- Lipides (49%)
- Protéines (43%)
- Glucides (8%)
Note
La composition varie en fonction du type cellulaire.
Les radeaux
La membrane est un système complexe et dynamique composé de régions fonctionnelles appelées radeaux lipides. Elles sont riches en sphingolipide et cholestérol.
Les glucides
Les glucides sont soit attachés à :
- Une protéine (glycoprotéines)
- Un lipide (glycolipides)
La membrane plasmique est associée au cytosquelette par des protéines membranaires.
Ils servent principalement :
- À stabiliser les structures.
- Dans les mécanismes de reconnaissance cellulaire.
- Dans la réponse immunitaire.
Les lipides
Les lipides sont de types :
| Lipides | Freq | Structure |
|---|---|---|
| Phospholipides | 50-60% | Tête polaire (glycérol ou sphingosine) Queue apolaire Exemples : les glycérophospholipides, sphingolipides |
| Cholestérol | 17-23% | Favorise l’imperméabilité et la rigidification |
| Glycolipides | 7% |
Les protéines membranaires
Il y a deux types de protéines membranaires :
| Transmembranaires | Périphériques |
|---|---|
| récepteur | [[enzyme]] |
| protéine de transport | Protéine de structure |
| ## Mouvement |
Lorsque des molécules sont mises en solution, elles vont spontanément vers un état d'équilibre qui tend à diminuer le :
- gradient de concentration (chimique).
- gradient électronique (lié aux charges).
Note
Le système va naturellement tendre vers l'état qui maximise le chaos (l'entropie).
Gradient variabilité, différence. La diminution du gradient correspond à la formation d'un milieu homogène càd qui tend à faire disparaitre les différences spatiales.
La membrane plasmique constitue une barrière entre deux milieux aqueux qui, en fonction du type de molécule, constitue un obstacle à
- L'entrée de molécules dont la cellule a besoin pour fonctionner.
- La sortie de certaines molécules toxiques.
Elle dépend des propriétés moléculaires c'est-à-dire de :
- hydrophobicité.
- taille.
- charge.
- différence de concentration.
Ainsi en fonction du type de molécules, le transport est assuré par :
- diffusion simple.
- diffusion facilitée.
- transport actif.
Note
Ce sont des protéines membranaires qui assurent la diffusion facilitée et le transport actif.
L'entropie en solution
Potentiel quantité d'énergie accumulée à disposition. L'univers étant soumis au principe de l'entropie c'est-à-dire à la dispersion de l'énergie, elle se dispersera du compartiment avec le potentiel le plus élevé vers le moins ce qui se traduira par une sortie de molécules.
Conductance unitaire du canal (loi d'Ohm)
\(\(I_{ion} = g \cdot FEM = \frac{1}{r} \cdot FEM\)\) Avec :
- \(S\) conductance unitaire du canal \(\Omega ^{-1}\).
- \(I\) intensité (charge par temps) \(C \cdot s^{−1} = A\).
- \(r\) résistance \(A \cdot V^{−1} = \Omega\).
Au repos, les charges entre les deux compartiments ne varient pas. La somme des intensités est nulle.
Loi d'Ohm
\(\(U = R \cdot I\)\) Avec :
- \(I\) intensité en A.
- \(U\) charge du courant en sortie en V.
- \(R\) résistance.
Transport membranaire
Pour pouvoir réaliser les activités métaboliques et éliminer ses déchets, la cellule a besoin d'échanger des molécules avec son environnement. Certaines diffusent facilement à travers la membrane mais pour d'autre, elle forme une barrière :
- Infranchissable c'est notamment le cas pour les molécules trop volumineuses.
- Suffisamment important pour ne pas permettre aux composés chimiques dont a besoin la cellule de rentrer ou de sortir suffisamment rapidement.
Cette difficulté a été résolue par l'utilisation de protéines membranaires qui facilitent la traversé de la membrane. Il existe trois types de transport en fonction du type de molécules :
- Diffusion simple.
- Diffusion facilitée.
- Le transport actif.
Note
La différence entre la diffusion facilité et le transport actif réside dans le fait que le transport actif requière de l'énergie sous forme d'atp pour fonctionner.
Diffusion simple
La diffusion simple de la bicouche lipidique est permise à certaines molécules comme les gaz \(CO_2\), \(N_2\), \(O_2\) ou les petites molécules (éthanol, urée).
Diffusion facilitée
La diffusion facilitée est le moyen de transport des molécules pour qui la membrane plasmique ne permet pas une diffusion suffisamment rapide comme pour le glucose.
Il existe trois types de protéines en fonction de l'échange de molécules :
- uniport.
- symport.
- antiport.
Example
Exemple de protéines :
- Canaux ioniques.
- Les aquaporines qui sont des canaux ouverts permettent à l'eau de se répartir entre le milieu extra et intra cellulaire suivant l'osmose.
- Transporteurs (Glut).
Transport actif
Le transport actif doit maintenir des différences de concentration entre le milieu intra et extra. Comme il lutte contre le gradient, il nécessite l'utilisation d'énergie.
Il existe deux catégories de transport en fonction de la source d'énergie utilisée :
- Transport actif primaire (énergie de l'ATP)
- Transport actif secondaire (utilisation indirecte de l'ATP par la dissipation du gradient électrochimique)
Pour les (symport ou antiport).
Example
Protéines du transport actif :
- Pompes à sodium et potassium ( \(Na^+\) / \(K^+\) ). Elles font sortir 3 \(Na^+\) et fon rentrer 2 \(K^+\). Elles servent notamment à maintenir une différence de gradient de concentration et chimique avec le milieu extracellulaire. Elles consomment 40% de l'ATP produit par la cellule.
- Pompe à protons.
- Pompe SERCA (calcium).
- Pompe \(H^+\) / \(K^+\) -ATPase (de type antiport). Elles sont responsables de l'acidité des liquides gastriques.
- Pompes électro neutres.
Asymétrie entre le milieu intra et extracellulaire
La différence de charges entre les deux milieux est à l'origine de :
- La contraction musculaire.
- Le courant électrique des neurones.
La dissymétrie entre les deux milieux est générée par des transporteurs actifs.
Par convention, le potentiel chimique de la membrane est mesuré :\(e_{int} - e_{ext} = - 70mV\)
Les canaux ioniques
Les canaux ioniques sont des transporteurs de la diffusion facilitée. Ils sont par défaut fermés et ne s'ouvrent quand réponse à un stimuli de type :
- Chimique (fixation d'un ligand, concentration d'une molécule).
- Une modification des paramètres physicochimiques (tension, ph, température).
Note
La capsaïcine qui est la molécule active du piment augmente la sensibilité à la chaleur. Elle diminue le seuil d'activation des récepteurs qui ouvrent des canaux ioniques impliqués dans la transmission de messages nerveux.
Le passage des ions se fait suivant le principe du gradient électrochimique. Le flux qui a lieu est un courant électrique c'est-à-dire de molécules chargées ou de particules. Il est mesuré en Ampère (A).
Note
On considère que les canaux ioniques ne sont pas saturables car ils permettent le passage jusqu'à \(10^6\ ions \cdot s^{-1}\).
On note \(E_m - E_{ion}\)
Potentiel d'équilibre (noté \(E_k\)) c'est le potentiel pour lequel le flux net de l'ion étudié est nul.
Potentiel de repos noté (noté \(E_r\)) potentiel généré par l'activité de pompes (transport actif).
La résistance des canaux dépend de :
\(\(R = \frac{1}{n \cdot g \cdot P_0}\)\) Avec :
- \(n\) nombre de canaux
- \(g\) conductance unitaire d’un canal.
- \(P_0\) probabilité d’ouverture du canal.
La membrane joue le rôle d'un condensateur. Elle maintient la différence de charges.