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  117. \input{titre}\label{f4ff156aa4b3bac5b394b1af6d3845bfcf1f0bb8}
  118. \textbf{Introduction.}
  119. Les cellules vivantes (animales et végétales) sont les éléments de
  120. base de différents organes, eux-mêmes constituants des organismes
  121. animaux ou végétaux. Ces éléments de base que sont les cellules sont
  122. séparés entre eux, aussi bien que de l'extérieur des organes, par des
  123. membranes qui sont majoritairement constituées de lipides (molécules
  124. majoritairement hydrophobes). Au-delà de ces membranes séparatrices de
  125. cellules et organes, appelées membranes plasmiques, d'autres membranes
  126. entourent les organites intra-cellulaires comme le noyau, les
  127. mitochondries et constituent aussi l'essentiel du réticulum
  128. endoplasmique, ainsi que l'Appareil de Golgi (Figure 1). Toutes ces
  129. membranes ont en commun d'être essentiellement lipidiques pour «faire
  130. frontière» avec le milieu aqueux, extra- et intra-cellulaire.
  131. L'article ci-dessous s'attachera aux membranes animales, évitant la
  132. complexité qui existe chez les cellules végétales où la membrane
  133. plasmique est doublée d'une paroi cellulosique, de nature complètement
  134. différente puisque constituée essentiellement de cellulose, un
  135. polymère de β-glucose hydrophile.
  136. \includegraphics[width=5.65743in,height=4.24494in,alt={mybiologie: Procaryote ou eucaryote}]{lagarde-media/media/image1.png}
  137. \textbf{Figure 1.} Ce schéma de cellule animale met en évidence la
  138. membrane plasmique (appelée ici membrane cellulaire) qui sépare les
  139. cellules d'un même organe et d'un organe à l'autre. Les milieux
  140. extracellulaire et intracellulaire sont essentiellement aqueux, donc
  141. polaires ou hydrophiles, alors que les membranes sont essentiellement
  142. lipidiques, donc hydrophobes. On voit aussi des membranes qui
  143. entourent les organites intracellulaires, tels que noyau et
  144. mitochondries (dont il sera question en fin d'article)
  145. Les ports cellulaires sont des entités protéiques, essentiellement
  146. présents dans les membranes plasmiques, pour contrôler le passage de
  147. molécules hydrophiles de part et d'autre de ces membranes hydrophobes.
  148. Le terme de «port» indique la fonction de contrôle (de l'extérieur
  149. vers l'intérieur de la cellule ou l'inverse) qu'exerce un «canal»
  150. protéique, terme générique pour ces échanges (extérieur/intérieur)
  151. plus ou moins contrôlés. Ainsi, on distinguera les uniports,
  152. permettant le passage d'un seul type de molécule, les antiports,
  153. contrôlant le passage inverse et concomitant de deux molécules
  154. différentes et, les symports, facilitant le passage simultané dans la
  155. même direction de deux molécules différentes (Figure 2).
  156. \includegraphics[width=4.25595in,height=2.76646in,alt={Active Transport - GeeksforGeeks}]{lagarde-media/media/image2.png}
  157. \textbf{Figure 2.} Ce schéma montre les trois types de ports
  158. cellulaires qui seront présentés, avec un exemple moléculaire pour
  159. chacun. Ces ports sont des protéines plus ou moins complexes, qui sont
  160. insérées dans la bicouche lipidique représentée en couleur
  161. bleu-claire. Comme pour toute membrane cellulaire, la partie
  162. hydrophile d'une monocouche lipidique est représentée par un cercle ou
  163. sphère portant deux chaînes lipidiques (très hydrophobes), permettant
  164. l'assemblage des deux couches en un ensemble «séparateur» de milieux
  165. aqueux ou hydrophiles.
  166. \textbf{Exemple d'uniport pour le glucose.}
  167. Le glucose est une petite molécule (poids moléculaire: 180) très
  168. hydrophile puisque sa structure «simplifiée» correspond à six
  169. carbones oxygénés, dont cinq sous forme d'alcool (Figure 3).
  170. \includegraphics[width=1.59524in,height=1.58606in,alt={The Role of Glucose in Energy Production \textbar{} The Science Blog}]{lagarde-media/media/image3.png}
  171. \textbf{Figure 3.} Représentation chimique d'une molécule de glucose.
  172. Sa forme circulante principale est cyclique (α- et β-glucose) la forme
  173. β étant majoritaire. Ses nombreux groupements alcools (-OH) le rendent
  174. très hydrophile.
  175. Le glucose est le nutriment majeur des cellules animales, leur
  176. permettant notamment d'obtenir leur énergie de fonctionnement (sous
  177. forme d'adénosine triphosphate: ATP) au cours de sa dégradation.
  178. Plusieurs types de ports ont été caractérisés pour l'entrée du glucose
  179. dans les cellules animales, avec quelques différences de structure
  180. et/ou de fonctionnement selon l'organe concerné. Sur les douze
  181. transporteurs de glucose (GLUT/\emph{glucose transporter}) recensés,
  182. le transporteur 4 ou GLUT4 sera pris comme exemple ci-dessous, en
  183. raison de sa grand importance énergétique (présence dans les tissus
  184. adipeux et musculaires) et de sa sensibilité à l'insuline, hormone
  185. majeure du contrôle glycémique (la glycémie représentant le taux
  186. sanguin de glucose, avec l'hyperglycémie comme marqueur circulant du
  187. diabète). La figure 4 schématise l'entrée cellulaire du glucose
  188. \emph{via} GLUT4, uniport régulé par l'insuline. Cette régulation par
  189. l'insuline a lieu \emph{via} un récepteur spécifique, inopérant dans
  190. les cellules pathologiques (qui n'y répondent pas ou mal) ce qui
  191. caractérise le diabète de type-2. Le diabète de type-2 correspond à
  192. environ 90\% du syndrome diabétique chez l'Homme. Chez les diabétiques
  193. de type-1, le GLUT4 fonctionne normalement (sensibilité normale à
  194. l'insuline), mais la production pancréatique de cette hormone est
  195. anormale, voire absente.
  196. \includegraphics[width=3.13072in,height=2.2873in,alt={Diabète non insulino-dépendant, diabète de type 2, DNID : symptômes, traitement, définition - docteurclic.com}]{lagarde-media/media/image4.jpeg}
  197. \textbf{Figure 4.} Ce schéma montre deux cellules, l'une normale (en
  198. haut) répond à l'insuline (sécrétée par le pancréas) et l'autre
  199. anormale (en bas) ne répond pas à l'insuline (diabète de type-2),
  200. pourtant bien sécrétée par le pancréas. Cette absence de réponse à
  201. l'insuline, due à un défaut de son récepteur (non explicité ici), se
  202. traduit par l'absence d'ancrage du GLUT4 dans la membrane, à l'inverse
  203. de la situation normale (en haut).
  204. \textbf{Exemple d'antiport: échange potassium/sodium.}
  205. L'ion potassium (K\textbf{\textsuperscript{+}}) est majoritaire dans
  206. les cellules animales, comparativement au plasma sanguin, situation
  207. inverse de celle de l'ion sodium (Na\textbf{\textsuperscript{+}}).
  208. Pour éviter la sortie de K\textbf{\textsuperscript{+}} de la cellule
  209. au profit de l'entrée du Na\textbf{\textsuperscript{+}}, en réponse à
  210. leur différence de concentrations de part et d'autre de la membrane,
  211. un antiport permet l'entrée permanente du premier et la sortie
  212. concomitante du deuxième. Cet antiport est aussi appelé
  213. Na\textbf{\textsuperscript{+}}/K\textbf{\textsuperscript{+}} ATPase ou
  214. pompe Na\textbf{\textsuperscript{+}}/K\textbf{\textsuperscript{+}},
  215. car cette entrée et sortie concomitante est permise grâce à l'énergie
  216. associée à l'hydrolyse d'ATP par l'enzyme de dégradation ATPase. Pour
  217. des raisons de tailles relatives des ions
  218. K\textbf{\textsuperscript{+}} et Na\textbf{\textsuperscript{+}}, deux
  219. ions K\textbf{\textsuperscript{+}} entrent dans la cellule en même
  220. temps que trois ions Na\textbf{\textsuperscript{+}} en sortent. La
  221. liaison de Na\textsuperscript{+} et K\textsuperscript{+} à l'antiport,
  222. se fait aussi par des liaisons différentes (Figure 5).
  223. \includegraphics[width=4.625in,height=2.59596in,alt={Mécanismes énergétiques liés au fonctionnement de la pompe Na+-K+ - Annale corrigée, ancien programme \textbar{} Annabac}]{lagarde-media/media/image5.png}
  224. \textbf{Figure 5.} Schéma de l'antiport
  225. Na\textbf{\textsuperscript{+}}/K\textbf{\textsuperscript{+}}, ancré
  226. dans une membrane plasmique, permettant l'échange de 3 atomes de
  227. sodium (Na\textsuperscript{+}) avec 2 atomes de potassium
  228. (K\textsuperscript{+}), chacun étant représenté sous forme ionique
  229. (perte d'un électron), forme normale permettant l'association avec un
  230. atome ionisé négatif comme le chlore (Cl\textbf{\textsuperscript{-}}),
  231. comme dans le sel (NaCl) par exemple. La figure montre clairement que
  232. l'échange Na\textsuperscript{+}/K\textsuperscript{+}, \emph{via} des
  233. sites de liaison différents sur l'antiport, est permis grâce à
  234. l'énergie associée à l'hydrolyse de l'ATP en ADP + Pi (phosphate
  235. inorganique). L'encart droit de la figure donne de plus l'exemple des
  236. concentrations normales des deux ions (facteur 10 entre elles) et en
  237. réponse à l'inhibition de l'hydrolyse de l'ATP (en présence de
  238. digitaline par exemple), où ce facteur 10 entre les concentrations est
  239. presque annulé.
  240. \textbf{Exemple de symport pour l'entrée cérébrale d'un acide gras
  241. essentiel (DHA).}
  242. Le cerveau est un organe très chargé en lipides, le deuxième le plus
  243. lipidique après le tissu adipeux, l'adipocyte étant le lieu de
  244. stockage des lipides pour leur utilisation énergétique ultérieure.
  245. Contrairement au tissu adipeux, les lipides cérébraux ne sont pas
  246. utilisés comme réserve énergétique, mais comme éléments fonctionnels.
  247. Parmi ces lipides, un composant majoritaire (à l'inverse de tous les
  248. autres organes) est l'acide docosahexaénoïque (22 carbones avec 6
  249. double liaisons) ou DHA (\emph{docosahexaenoic acid}), qui est
  250. particulièrement important pour le fonctionnement neuronal. Son entrée
  251. dans le cerveau à partir de la circulation sanguine a lieu au niveau
  252. de ce qu'il est convenu d'appeler la barrière hémato-encéphalique/BHE
  253. ou hémato-méningée, ce nom de «barrière» indiquant la présence de
  254. «jonctions serrées» dans les capillaires sanguins cérébraux. Cette
  255. entrée très contrôlée est une caractéristique du cerveau qui se
  256. protège de toute molécule non requise. Le passage du DHA est facilité
  257. par un symport qui le fait passer sous forme d'ester polaire (appelé
  258. Lyso-phosphatidyl-choline-DHA ou LPC-DHA, schématisé sur la figure 6)
  259. en même temps qu'un ion sodium (Na\textsuperscript{+}). La figure 7
  260. schématise le fonctionnement de ce symport.
  261. \includegraphics[width=1.79742in,height=1.79742in]{lagarde-media/media/image6.png}
  262. \includegraphics[width=4.37143in,height=2.31003in,alt={Mfsd2a: A Physiologically Important Lysolipid Transporter in the Brain and Eye \textbar{} SpringerLink}]{lagarde-media/media/image7.png}
  263. \textbf{Figure 6} (à gauche). Représentation chimique en deux
  264. dimensions du DHA (chaîne polyinsaturée avec 6 double liaisons),
  265. couplé (estérifié) à la partie polaire de glycéro-phospho-choline,
  266. contenant les atomes polaires d'oxygène, ainsi que de phosphore et
  267. d'azote, respectivement chargés négativement (phosphate) et
  268. positivement (amine quaternaire). Le nom abrévié de l'ensemble est:
  269. LPC-DHA.
  270. \textbf{Figure 7} (à droite). Schéma du symport (représenté par un
  271. ensemble protéique à deux entités de couleur jaune), changeant de
  272. forme pour permettre le passage simultané de LPC-DHA (LPC sur la
  273. figure) et d'un ion sodium (Na+) du milieu extracellulaire au
  274. cytoplasme pour le sodium et à la couche interne membranaire pour LPC.
  275. LPC se trouve ainsi intégré à la membrane interne où il subit quelques
  276. modifications chimiques avant d'être intégré à différentes parties
  277. cérébrales (partie fonctionnelle ultérieure non décrite ici).
  278. \textbf{Autres canaux membranaires importants.}
  279. Comme mentionné en introduction, d'autres «canaux» cellulaires sont
  280. présents pour l'entrée ou la sortie d'éléments indispensables au
  281. fonctionnement de la plupart des cellules. On peut citer les canaux
  282. calciques, souvent voltage-dépendants, présents dans les cellules
  283. animales pour accompagner ou déclencher leur activation.
  284. On peut également citer des canaux nucléaires, ou pores appelés
  285. nucléoporines, permettant à l'ARNm (acide ribonucléique messager),
  286. synthétisé à l'intérieur du noyau en copie de l'ADN (phase appelée
  287. transcription), de passer du noyau au cytoplasme. Cet ARNm, devenu
  288. cytoplasmique, peut alors être traduit en protéine (phase de
  289. traduction).
  290. Un troisième exemple caractéristique peut être cité avec le
  291. transporteur protéique du
  292. pyruvate/CH\textsubscript{3}-CO-COO\textsuperscript{-}, (produit à
  293. partir du glucose dans le cytoplasme selon 1 glucose → 2 pyruvates).
  294. Ce transporteur protéique permet au pyruvate d'entrer dans la
  295. mitochondrie pour y être dégradé en H\textsubscript{2}O et
  296. CO\textsubscript{2} et former l'ATP, la source énergétique des
  297. cellules. Cette dégradation intra-mitochondriale est énergétiquement
  298. la plus importante pour la formation d'ATP cellulaire.
  299. \textbf{Conclusion.}
  300. Cet article «résume» un processus biologique très important qui
  301. correspond aux échanges entre cellules d'un même organe et entre les
  302. différents organes rassemblant ces cellules. Ces échanges entre
  303. milieux aqueux, ayant lieu au niveau des membranes cellulaires,
  304. essentiellement lipidiques, sont permis grâce à des «canaux»
  305. protéiques ancrés dans les membranes. Ces «canaux» sont presque
  306. aussi nombreux que les entités hydrophiles qui traversent ces
  307. membranes. Beaucoup de ces canaux sont très contrôlés, ce qui leur a
  308. donné le terme de «ports» membranaires. Les trois exemples
  309. d'uniport, antiport et symport présentés, illustrent bien la
  310. complexité biologique associée à la physiologie cellulaire, voire à sa
  311. physiopathologie.
  312. \FloatBarrier
  313. \end{refsection}
  314. %@@fin
  315. \tableofcontents
  316. \end{document}