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VIV2 1 Cours VIV2 – Les échanges entre la cellule et son milieu : la semi-perméabilité de la membrane plasmique Éléments de mathématiques à maîtriser r 2. Proportionnalités r 7. Puissances r 8. Puissances de 10 r 9. Unités, puissance, conversion r 19. Aires et volumes Retenir 1. 1. La membrane plasmique : une mosaïque lipoprotéique a. Rôle de frontière entre milieu intra et extracellulaire Dès les premières observations de cellules au microscope optique, on constata que la cellule (unité fondamentale du vivant) était délimitée par une structure, depuis appelée membrane plasmique, qui constitue la frontière entre le milieu intracellulaire (= cytoplasme) et le milieu extracellulaire (environnement). Ces deux milieux sont principalement constitués d’eau et de solutés, mais ces solutés ne sont pas tous les mêmes et ils ne sont pas présents dans les mêmes concentrations. b. Composition chimique de la membrane plasmique La membrane plasmique est principalement constituée de : 1) lipides pour la plupart amphiphiles c’est-à-dire possédant à la fois une « tête » hydrophile/lipophobe* et une « queue » hydrophobe/lipophile* (doc 1). 2) protéines. c. Structure de la membrane plasmique De nombreuses expériences ont mené à découvrir comment ces molécules s’organisent (doc 1). Document 1 – Schéma structural de la membrane plasmique 1) Les lipides forment une bicouche lipidique : une 1ère couche de lipides amphiphiles côté extracellulaire et une 2ème couche de lipides amphiphiles du côté intracellulaire. Cette bicouche est stabilisée par le fait que : - les parties hydrophobes/lipophiles des lipides des 2 couches se retrouvent regroupées/confinées au cœur de la membrane (car elles fuient l’eau du cytoplasme et celle de milieu extracellulaire !) ; *Hydrophile ou lipophobe : qui a de l’affinité pour l’eau, qui est soluble dans l’eau, mais qui n’est pas soluble dans un lipide. *Hydrophobe ou lipophile : qui de l’affinité pour les lipides (= corps gras), qui est soluble dans les lipides, mais qui n’est pas soluble dans l’eau..
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VIV2 2 - tandis que leurs parties hydrophiles/lipophobes se trouvent en surface, en contact avec les milieux aqueux que constituent le cytoplasme et le milieu extracellulaire (car elles « aiment » l’eau !). 2) Les protéines viennent elles s’accrocher à la surface interne ou externe de la bicouche lipidique et beaucoup d’entre elles traversent toute la bicouche ! 2. Les échanges entre la cellule et son environnement a. La nécessité d’échange entre la cellule et son environnement C’est dans son environnement qu’une cellule prélève des éléments nécessaires à son fonctionnement (ex. O2 et glucose nécessaires au déroulement de la respiration cellulaire vue en 2nde). Dans le milieu aqueux que constitue le cytoplasme, ces éléments sont ensuite impliqués dans de nombreuses transformations chimiques du métabolisme. Ces dernières permettent notamment à la cellule de produire l’énergie nécessaire à son fonctionnement (ex. lors de la respiration). Ces transformations chimiques produisent de déchets que la cellule rejette dans le milieu extérieur (ex. CO2 produit lors de la respiration). Une cellule est donc en interaction permanente avec son environnement et doit pouvoir laisser passer un certain nombre de molécules à travers sa membrane plasmique, tout en maintenant une différence de composition entre le milieu intra- et extracellulaire (si cet écart est rompu parce que membrane plasmique est percée ou déchirée, la cellule meurt !). b. Des échanges sélectifs à travers la bicouche lipidique, liés à l’organisation de la membrane plasmique La bicouche de lipides explique le rôle de barrière entre les milieux aqueux intra- et extracellulaires que joue la membrane plasmique : seules les molécules lipophiles comme les corps gras et les gaz (O2, CO2, etc.) peuvent traverser librement cette membrane ! Cependant, les protéines vont, elles, servir au passage d’autre molécules : molécules hydrophiles (eau, ions…) et de grosses molécules (glucose…) conférant à la membrane ses propriétés de transfert sélectif entre le milieu intérieur et le milieu extérieur ! Par exemple, les aquaporines sont des protéines qui traversent la membrane de part en part et qui constituent des sortes de canaux qui participent au passage d’eau à travers la membrane plasmique (dans un sens et/ou dans l’autre). Ainsi La membrane plasmique n’est pas une barrière étanche mais au contraire sélective (= semi- perméable) qui contrôle précisément quelles molécules peuvent s’échanger entre le cytoplasme et le milieu extérieur (que ce soit dans un sens ou dans l’autre) selon ses besoins ! Document 2 – Schéma structural et fonctionnel de la membrane plasmique.
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VIV2 3 c. Exocytose et endocytose En 1972, SINGER et NICOLSON développent le modèle de la mosaïque fluide, selon lequel la membrane peut se déformer. En effet, les phospholipides sont capables d’effectuer différents mouvements en son sein : rotation, diffusion latérale et flip flop (passage d’une couche de lipide à l’autre) tandis que les protéines membranaires peuvent s’y déplacer latéralement. Ces déformations rendent possible l’exocytose comme l’endocytose (doc 3). L’exocytose est un processus par lequel une cellule libère des substances (comme des hormones ou des enzymes) vers l’extérieur en fusionnant des vésicules avec la membrane plasmique. À l’inverse, l’endocytose permet à la cellule d’importer des substances depuis l’extérieur en les englobant dans des vésicules formées à partir de la membrane. d. Des échanges influencés par des molécules exogènes Des molécules endogènes (naturellement produites par l’organisme) ou exogènes (non produites naturellement par l’organisme, autrement dit des molécules de synthèse comme les médicaments, les drogues, l’alcool…) peuvent influencer ces échanges des molécules à travers la membrane plasmique ou via l’exo/endocytose. Par exemple : - En présence d’insuline (une hormone capable de se fixer sur des protéines présentes à la surface de la membrane des cellules), les cellules musculaires vont importer plus de glucose à l’intérieur de la cellule qu’en absence d’insuline. - Le protoxyde d’azote (utilisé en médecine pour les anesthésies, mais aussi détourné de son usage comme « gaz hilarant ») est une molécule qui est capable de traverser la membrane plasmique et de bloquer l’action d’une molécules du cytoplasme impliquée dans la synthèse de vitamine B12 par les cellules. Il provoque donc une carence en vitamine B12 qui peut être responsable de troubles neuromusculaires graves (incapacité à se déplacer…). Savoir-faire O Identifier voire mettre en évidence des échanges au travers de la membrane plasmique (exp. avec l’oignon). O Comprendre que des molécules endogènes et/ou exogènes peuvent être nécessaires au fonctionnement cellulaire ou au contraire entraîner un dysfonctionnement. Réviser autrement O Voir le dossier VIV2-Ressources de cours présent sur le Google Drive O Dans votre livre « NATHAN abc Réussite », voici des pages pour réviser ! r Cours : p44-45 r QCM : 3 p47 ; 3 et 6 p50 r Exercices corrigés : ex1 p51 Document 3 – Endocytose vs exocytose.