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TD: La Membrane cellulaire et le transport membranaire
OBJECTIF 1: ETRE CAPABLE D'ANNOTER LE SCHEMA DE LA MEMBRANE CELLULAIRE; Travail à réaliser:
1. en vous aidant de la représentation schématique des différentes
molécules présentes dans la membrane cellulaire, annoter le schéma en
replaçant les termes suivants: phospholipides, glycolipides (combinaison
lipide-glucide), cholestérol, protéine de surface, protéine canal,
protéine transmembranaire (protéine qui traverse complètement la double
couche de lipide), glycoprotéine (combinaison protéine-glucide) [pic]
1. Observer la manière dont sont disposées les molécules de phospholipides,
sachant que l'intérieur et l'extérieur de la cellule sont des milieux
liquides, indiquer sur la molécule de phospholipide ci-dessous sa portion
hydrophile (affinité avec l'eau) et sa portion hydrophobe (peu d'affinité
avec l'eau)
OBJECTIF 2: ENONCER LES RÔLES DE LA MEMBRANE CELLULAIRE * La membrane cellulaire a un rôle de frontière entre l'intérieur de la
cellule(le cytosol) et l'extérieur de la cellule (le liquide
interstitiel). La membrane permet à la cellule de conserver un milieu
intérieur différent du milieu extérieur dans lequel elle baigne. Il y a
par exemple plus d'ions sodium: Na+, chlorures Cl-, calcium Ca2+, plus de
glucose C6H12O6 dans le liquide interstitiel que dans le cytosol et l'on
trouve plus de potassium K+, de magnésium Mg2+, d'acides aminés dans le
cytosol que dans le liquide interstitiel
* La membrane cellulaire a un rôle d'échanges entre le cytosol et le
liquide interstitiel. Elle ne peut vivre que si elle effectue des
échanges avec le milieu qui l'entoure. Continuellement, elle doit
absorber des substances qui lui sont utiles (dioxygène O2, nutriments,
sels minéraux) et doit rejeter des déchets, le dioxyde de carbone CO2 ou
des matières en surplus. Tous ces échanges se font au niveau de la
membrane. Travail à réaliser:
1. sur le schéma de la cellule présenté ci-dessous replacer les ions et
molécules à l'intérieur ou la l'extérieur de la cellule selon qu'ils sont
plus nombreux dans le cytoplasme ou dans le liquide interstitiel.
2. Sur ce même schéma, indiquer les éléments qui entrent dans la cellule à
l'aide de flèches rouges légendées et ceux qui en sortent à l'aide de
flèches bleues légendées.
OBJECTIF 3 : ENONCER ET DEFINIR LES PRINCIPAUX TYPES D'ECHANGES
MEMBRANAIRES. La membrane cellulaire possède une perméabilité sélective, c'est à dire
qu'elle se laisse traverser par certaines substances mais pas par d'autres.
Le passage des substances à travers la membrane peut se faire:
* Par transport passif: cela ne nécessite aucune dépense d'énergie de la
part de la cellule. Il se produit même si la cellule est morte.
* Par transport actif: cela demande une dépense d'énergie de la part de la
cellule. Il ne peut se produire que si la cellule est vivante. A. TRANSPORTS PASSIFS: diffusion, osmose et diffusion facilitée
1. DIFFUSION simple ou dialyse
Imaginez un aquarium divisé en 2 parties par une grille dont les mailles
sont assez grandes pour laisser passer les poissons qui sont regroupés du
côté gauche. Que devrait on observer au bout d'un certain temps?
* Dessiner sur le deuxième aquarium la répartition des poissons. Remplacez les poissons par des molécules dissoutes dans de l'eau et la
grille par une membrane percée de pores assez gros pour laisser passer ces
molécules dissoutes. Si on place plus de molécules d'un côté que de
l'autre, on observera un déplacement des molécules du côté où elles sont le
plus nombreuses vers le côté où elles le sont le moins, c'est la diffusion.
A l'égalité des concentrations, les molécules continuent à traverser la
membrane sauf qu'il y en a autant qui se déplacent dans un sens que dans
l'autre. Globalement les concentrations demeurent donc égales.
* Dessiner par des petits points noirs, la répartition des molécules sur le
schéma de droite.
Lorsqu'une substance est plus concentrée dans une région que dans une
autre, on dit qu'il y a un gradient de concentration entre les 2 régions.
Si une substance peut se déplacer d'une région à l'autre, elle le fait
toujours en suivant son gradient de concentration, c'est à dire de la zone
la plus concentrée vers la zone qui l'est moins: c'est la diffusion. Des substances peuvent traverser la membrane cellulaire:
* En traversant directement les deux couches de lipides. C'est le cas de
petites molécules comme le dioxygène, le dioxyde de carbone et les
substances solubles dans les graisses.
* En passant par de petits canaux formés par des protéines traversant toute
l'épaisseur de la membrane. C'est ainsi que l'eau et les ions traversent
la membrane. Certains canaux sont très sélectifs et ne laissent passer
que des substances bien précises; Travail à réaliser: sur le schéma ci-dessous,
* indiquer le sens des flèches 1,2,3 pour montrer le sens du passage des
substances suivant leur gradient de concentration
* Mettre un titre au schéma
2. LA DIFFUSION facilitée
Certaines protéines de la membrane peuvent s'associer à une molécule et
relâcher cette molécule de l'autre côté de la membrane. Ce mode de
déplacement est appelé diffusion facilitée.
Travail à réaliser: sur le schéma ci-dessous,
* Indiquer le sens du gradient de concentration
* Mettre un titre au schéma 3. L'OSMOSE;
Puisque la membrane est perméable à l'eau, l'eau peut donc diffuser à
travers la membrane s'il existe un gradient de concentration de part et
d'autre de celle-ci. On appelle osmose la diffusion de l'eau. Il y a osmose
si 2 zones de concentrations différentes sont séparées l'une de l'autre par
une membrane perméable à l'eau. L'eau se déplace de la zone la plus
concentrée en particules à la zone la plus concentrée en particules.
Lorsqu'on compare la concentration de 2 solutions:
* La solution la plus concentrée en particules est dite hypertonique par
rapport à l'autre
* La solution la moins concentrée en particules est dite hypotonique par
rapport à l'autre
* Si les 2 solutions ont la même concentration, on les dit isotoniques. Travail à réaliser:
1. Annoter les schémas à l'aide des expressions suivantes: solution
isotonique, solution hypertonique, solution hypotonique.
2. Sur le schéma 2 indiquer le sens de déplacement de l'eau.
3. On plonge une cellule dans une solution concentrée en sel (NaCl),la
membrane cellulaire est perméable à l'eau mais à peu près imperméable au
sel,
annoter sur le dessin suivant
a. Quelle région est hypertonique?
b. Laquelle est hypotonique?
c. Dans quel sens se déplacera l'eau? (faites une flèche)
d. Et si la membrane était perméable au sel, que se passerait-il?
Dans l'organisme, l'eau se déplace d'une zone à l'autre par osmose: de
l'intestin au sang, du sang au liquide interstitiel et du liquide
interstitiel aux cellules. Travail à réaliser:
* Que représente chacune des lignes pointillées sur le schéma ci-contre?
* Pourquoi les solutés injectés aux patients sont ils généralement
isotoniques avec les liquides de l'organisme? Que se produirait-il si on
injectait dans la circulation un produit hypotonique?
* Et si on injectait un produit hypertonique?
B. TRANSPORT ACTIF.
Le transport actif ressemble à une diffusion facilitée sauf que:
* Il nécessite une dépense d'énergie de la part de la cellule
* Il peut se faire contre le gradient de concentration. Ce transport actif nécessite également un transporteur protéique. Les acides aminés ainsi que le sodium et le potassium sont transportés
contre leur gradient de concentration par transport actif.
Le transport actif permet à la cellule de maintenir une composition
chimique du milieu dans lequel elle baigne. Sans les mécanismes de
transport actif, les concentrations s'équilibreraient par diffusion, la
composition interne deviendrait sensiblement identique à la concentration
externe. C'est ce qui se produit à la mort de la cellule. Travail à réaliser:
* Indiquer sur le schéma le sens du gradient de concentration par une
flèche rouge et le sens de passage des molécules par une flèche bleue.
* Que constate -t-on?
C. AUTRES FORMES DE TRANSPORTS
Certaines cellules peuvent absorber ou rejeter une substance en l'enfermant
dans une partie de leur membrane. Cette déformation de la membrane
nécessite une dépense d'énergie de la part de la cellule.
* Exocytose: une vésicule du cytoplasme s'accole à la membrane et s'y
fusionne. Le contenu de la vésicule est alors rejeté à l'extérieur de la
cellule. C'est de cette façon par exemple, que les cellules de l'intestin
rejettent les enzymes digestives nécessaires à la digestion des aliments. * Endocytose: la membrane se déforme vers l'intérieur. Il se forme une
vésicule contenant une partie du milieu extérieur. La vacuole se détache
de la membrane et migre dans la cellule. Lorsque la substance absorbée
par endocytose est une grosse particule (une bactérie absorbée par un
globule blanc par exemple) on parle de phagocytose. Lorsque ce sont des
gouttelettes de liquides qui sont absorbées par la cellule (c'est ainsi
que certaines cellules absorbent des nutriments), on parle de pinocytose. Travail à réaliser:
* À partir des définitions ci-dessus, indiquer les schémas correspondant à
une exocytose et à une endocytose.
* Indiquer le schéma correspondant à une pinocytose et à une phagocytose.