SommairePhysiologie générale et physiologie cellulaire ......................................................................
Respiration artificielle ....................................................................................................
Cœur et Circulation .........................................................................................................
Réabsorption de leau et des substances minérales ............................................................................
Adaptation de lœil à des niveaux déclairement différents ....................................................................
Principes de base             1"... Si lon décompose lorganisme vivant en isolant ses diverses parties, ce nest que pour l...
déchets et contribuer ainsi au maintien du                                                       milieu intérieur même dan...
Principes de base            3                                                            Le processus de la synthèse prot...
4   Principes de base                                                   concentre et les englobe dans une membrane.synthét...
Principes de base            5Les cellules ayant un métabolisme intense,     culairement à la surface {crêtes}. Contrai-pa...
6      Principes de baseLes lysosomes sont des vésicules en-                   plusieurs lysosomes ainsi quun cytolysome o...
Principes de base                    7D. Une gap junction comporte des canaux de communication entre cellules adjacentes (...
8      Principes de base                                 Les grosses molécules peuvent traverser la                       ...
10        Principes de base                                        plasmatique joue aussi un rôle important lors de       ...
Principes de base               11portantes sont pour la plupart polaires et que,        qui doit être maintenue indirecte...
12       Principes de basenaires, denviron 50-400 nm de diamètre, qui se             va saccumuler et précipiter dans les ...
Principes de base           13Lexocytose est également un processus               La cytose comme moyen de locomotionrégul...
14       Principes de basela direction de linvasion bactérienne (migration; cf.    jusquà ce que les deux gradients soient...
Principes de base        15                                                     canaux Ca2+ souvrent (relativement lenteme...
16      Principes de baseF. Ouverture ou « perméabilité » des canaux ioniques. (1) Elle se fait obligatoirement par lemoye...
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  1. 1. SommairePhysiologie générale et physiologie cellulaire .......................................................................................................1Le corps humain : un système ouvert avec un milieu interne ......................................................................................1La cellule ......................................................................................................................................................................2Les mécanismes de transport : un processus fondamental pour les êtres vivants ......................................................6Rôle des ions Ca2+ dans la régulation des processus cellulaires ................................................................................15Apport et transformation de lénergie ...........................................................................................................................18Contrôle et transmission de linformation .....................................................................................................................21Nerf et Muscle ............................................................................................................................................................22Constitution et fonctionnement de la cellule nerveuse ................................................................................................22Potentiel membranaire de repos .................................................................................................................................24Potentiel daction .........................................................................................................................................................26Conduction du potentiel daction ..................................................................................................................................28Potentiels synaptiques .................................................................................................................................................30Stimulation artificielle du neurone ................................................................................................................................30Lunité motrice ..............................................................................................................................................................32La plaque motrice ........................................................................................................................................................32Constitution et fonctionnement du muscle squelettique ..............................................................................................34Mécanisme moléculaire de la contraction musculaire .................................................................................................38Propriétés mécaniques du muscle ...............................................................................................................................40La musculature lisse ....................................................................................................................................................44Les sources dénergie de la contraction musculaire ...................................................................................................46Lorganisme lors de lexercice musculaire ...................................................................................................................48Système nerveux végétatif .......................................................................................................................................50Organisation du système nerveux végétatif .................................................................................................................50Acétylcholine comme neuromédiateur .........................................................................................................................54La noradrénaline. Les récepteurs adrénergiques ........................................................................................................56La médullosurrénale ....................................................................................................................................................58Sang ............................................................................................................................................................................60Composition et rôle du sang ........................................................................................................................................60Métabolisme du fer. Erythropoïèse et anémies ...........................................................................................................62Propriétés hémodynamiques .......................................................................................................................................64Composition du plasma ...............................................................................................................................................64Défense immunitaire ...................................................................................................................................................66Hémostase ..................................................................................................................................................................74Coagulation sanguine et fibrinolyse ............................................................................................................................76Respiration ................................................................................................................................................................78Les poumons ..............................................................................................................................................................78Fonctions de la respiration ..........................................................................................................................................78Mécanique ventilatoire ................................................................................................................................................80Epuration de lair inspiré ..............................................................................................................................................80
  2. 2. Respiration artificielle .................................................................................................................................................82Pneumothorax ........................................................................................................................................................... 82Mesure des volumes pulmonaires (spiromètre) ....................................................................................................... 84Espace mort et volume résiduel ................................................................................................................................ 86Relation pression/volume des poumons et du thorax. Travail ventilatoire ……………………………………….………88Tension superficielle des alvéoles ............................................................................................................................ 90Débit respiratoire et tests dynamiques ...................................................................................................................... 90Echanges gazeux dans les poumons ....................................................................................................................... 92Circulation pulmonaire. Rapport ventilation-perfusion .............................................................................................. 94Transport du CO2 dans le sang ................................................................................................................................ 96Liaison et répartition du CO2 dans le sang ............................................................................................................... 98Le CO2 dans le liquide céphalorachidien ................................................................................................................. 98Liaison et transport de lO2 dans le sang ............................................................................................................... 100Déficit en oxygène (hypoxie, anoxie) ...................................................................................................................... 102Régulation de la respiration ................................................................................................................................... 104Respiration en plongée ............................................................................................................................................106Respiration en haute altitude .................................................................................................................................. 108Intoxication par lO2 ................................................................................................................................................ 108Équilibre acido-basique ........................................................................................................................................ 110pH, tampon, équilibre acido-basique ...................................................................................................................... 110Le tampon bicarbonate-gaz carbonique ................................................................................................................. 112Équilibre acido-basique. Maintien et régulation ..................................................................................................... 114Détermination des rapports acide-base dans le sang ............................................................................................ 118Rein et Équilibre hydro-électrolytique ............................................................................................................... 120Structure et fonctions du rein ................................................................................................................................ 120Circulation rénale .................................................................................................................................................. 122Filtration glomérulaire. Clairance .......................................................................................................................... 124Mécanismes de transport dans le néphron ........................................................................................................... 126Sélection des substances. « Détoxication » et excrétion dans lorganisme ………………………………………… 130Le rôle du rein dans léquilibre du sodium et du chlore ........................................................................................ 132Les systèmes à contre-courant ............................................................................................................................ 134Réabsorption de leau et concentration rénale des urines ................................................................................... 136Équilibre hydrique dans lorganisme .................................................................................................................... 138Contrôle hormonal de léquilibre hydro-électrolytique .......................................................................................... 140Troubles de léquilibre hydro-électrolytique .......................................................................................................... 142Diurèse et substances à action diurétique ........................................................................................................... 142Rein et équilibre acido-basique ........................................................................................................................... 144Métabolisme et excrétion de lazote .................................................................................................................... 146Régulation du bilan potassique ........................................................................................................................... 148Minéralocorticoïdes ............................................................................................................................................. 150 2+Excrétion du Ca et du phosphate .................................................................................................................... 151Système rénine-angiotensine ............................................................................................................................. 152
  3. 3. Cœur et Circulation ......................................................................................................................................... 154Système cardiocirculatoire ................................................................................................................................ 154Le réseau vasculaire ......................................................................................................................................... 156Echanges liquidiens à travers les parois capillaires .......................................................................................... 158Pression sanguine ............................................................................................................................................ 160Les phases du fonctionnement cardiaque (le cycle cardiaque) ………………………………………………….... 162Electrophysiologie cardiaque ............................................................................................................................ 164Modifications et perturbations de lexcitabilité cardiaque .................................................................................. 164Lélectrocardiogramme ...................................................................................................................................... 168Troubles du rythme cardiaque (arythmies) ....................................................................................................... 174Régulation de la circulation ................................................................................................................................ 176Hypertension ...................................................................................................................................................... 180Relations pressions-volume ventriculaires ......................................................................................................... 182Adaptation du cœur aux modifications du remplissage ..................................................................................... 184Les veines .......................................................................................................................................................... 184Le choc circulatoire ............................................................................................................................................ 186Débit et métabolisme myocardique .................................................................................................................... 188Mesure du débit ................................................................................................................................................. 188La circulation chez le fœtus ............................................................................................................................... 190Équilibre thermique et Thermorégulation ..................................................................................................... 192Bilan des échanges thermiques ......................................................................................................................... 192Régulation de la température ............................................................................................................................. 194Nutrition et Digestion ....................................................................................................................................... 196Nutrition .............................................................................................................................................................. 196Métabolisme et calorimétrie ................................................................................................................................ 198Le tractus digestif ................................................................................................................................................ 200Débit sanguin intestinal ....................................................................................................................................... 200Système de défense gastrointestinal ................................................................................................................... 200Salive ................................................................................................................................................................... 202Déglutition ............................................................................................................................................................ 204Vomissement ....................................................................................................................................................... 204Estomac : structure et motilité .............................................................................................................................. 206Suc gastrique ........................................................................................................................................................ 208Intestin grêle : structure et motilité ........................................................................................................................ 210Suc pancréatique et bile ....................................................................................................................................... 212Fonction dexcrétion du foie, formation de la bile .................................................................................................. 214Excrétion de la bilirubine. Ictère ............................................................................................................................ 216Digestion des lipides .............................................................................................................................................. 218Absorption des lipides et métabolisme des triglycérides ....................................................................................... 220Lipoprotéines, cholestérol ...................................................................................................................................... 222Digestion des glucides et des protéines ................................................................................................................. 224Absorption des vitamines ....................................................................................................................................... 226
  4. 4. Réabsorption de leau et des substances minérales ................................................................................................ 228Côlon, rectum, défécation, fèces .............................................................................................................................. 230Bactériémie intestinale .............................................................................................................................................. 230Système endocrinien et Hormones ....................................................................................................................... 232Mécanismes dintégration de lorganisme ................................................................................................................ 232Les hormones ........................................................................................................................................................... 234Régulation par rétroaction. Principes daction des hormones ................................................................................... 238Système hypothalamo -hypophysaire ....................................................................................................................... 240Transmission cellulaire du message hormonal ......................................................................................................... 242Métabolisme des hydrates de carbone. Hormones pancréatiques ……………………………………………………... 246Hormones thyroïdiennes .......................................................................................................................................... 250Régulation du calcium et du phosphate ................................................................................................................... 254Métabolisme osseux ................................................................................................................................................ 256Biosynthèse des hormones stéroïdiennes ............................................................................................................... 258Corticosurrénale : glucocorticoïdes ......................................................................................................................... 260Cycle menstruel ...................................................................................................................................................... 262Régulation de la sécrétion hormonale pendant le cycle menstruel ……………………………………………………. 264Prolactine ................................................................................................................................................................ 264Œstrogènes ............................................................................................................................................................. 266Progestatifs ............................................................................................................................................................. 267Régulation hormonale de la grossesse et de laccouchement ……………………………………………………........ 268Androgènes, fonction testiculaire, éjaculation. ........................................................................................................ 270Système nerveux central et Organes des sens ................................................................................................. 272Structure du système nerveux central .................................................................................................................... 272Le liquide céphalorachidien .................................................................................................................................... 272Perception et traitement des stimulations .............................................................................................................. 274Les récepteurs de la peau. La douleur .................................................................................................................. 276Sensibilité profonde. Réflexes proprioceptifs ........................................................................................................ 278Réflexes extéroceptifs ........................................................................................................................................... 280Mécanismes dinhibition dans la transmission nerveuse ....................................................................................... 280Transmission centrale des stimulations sensorielles ............................................................................................ 282Motricité posturale ................................................................................................................................................. 284Rôle du cervelet .................................................................................................................................................... 286Motricité dirigée ou volontaire ................................................................................................................................ 288Hypothalamus. Système limbique. Cortex associatif ............................................................................................. 290Electroencéphalogramme. Comportement éveil-sommeil ……………………………………………………….......... 292La conscience, le langage et la mémoire ............................................................................................................... 294Lolfaction ............................................................................................................................................................... 296La gustation ........................................................................................................................................................... 296Léquilibration ......................................................................................................................................................... 298Structure de lœil. Sécrétion lacrymale, humeur aqueuse ..................................................................................... 300Lappareil optique de lœil ....................................................................................................................................... 302Acuité visuelle. Photorécepteurs rétiniens .............................................................................................................. 304
  5. 5. Adaptation de lœil à des niveaux déclairement différents ................................................................................... 306Vision des couleurs ............................................................................................................................................... 308Champ visuel. Voies optiques ............................................................................................................................... 310Traitement du stimulus visuel ................................................................................................................................ 312Mouvements oculaires. Perception de la profondeur et du relief .......................................................................... 314Physique de lacoustique. Stimulus sonore et perception auditive …………………………………………………... 316Réception et transmission des sons. Récepteurs auditifs ..................................................................................... 318Elaboration des sons au niveau central ................................................................................................................ 322Voix et parole ........................................................................................................................................................ 324Appendice ............................................................................................................................................................ 326Unités et mesures en physiologie et en médecine ................................................................................................ 326Mathématiques en physiologie et en médecine ..................................................................................................... 330Puissances et logarithmes ..................................................................................................................................... 330Représentation graphique des mesures ................................................................................................................ 331pH, pK, tampon ...................................................................................................................................................... 333Osmolalité. osmolarité. pression aortique et oncotique ......................................................................................... 335Ouvrages à consulter .......................................................................................................................................... 337
  6. 6. Principes de base 1"... Si lon décompose lorganisme vivant en isolant ses diverses parties, ce nest que pour la facilité delanalyse expérimentale, et non point pour les concevoir séparément. En effet, quand on veut donner àune propriété physiologique sa valeur et sa véritable signification, il faut toujours la rapporter àlensemble et ne tirer de conclusion définitive que relativement à ses effets dans cet ensemble." Claude Bernard (1865) Le corps humain : un système nutriments et le rejet des substances ouvert avec un milieu interne habituelles de déchets ne provoquent pas de modification appréciable dans la composition La vie dans sa plus simple expression est de lenvironnement cellulaire. Néanmoins, parfaitement illustrée par lexemple dun même cet organisme est capable de réagir à organisme unicellulaire. Afin de survivre, des modifications du milieu, par exemple à des lorganisme, même le plus rudimentaire, doit changements de concentration en nutriments. Il faire face à des exigences apparemment se déplace à laide dun pseudopode ou dune opposées. Dune part, il doit se protéger des flagelle. perturbations de lenvironnement, dautre part, Lévolution dun être unicellulaire vers un animal comme tout système ouvert (cf. p. 19 et suiv.) multicellulaire, la spécialisation des groupes il est dépendant des échanges de chaleur, cellulaires en organes, le développement doxygène, de nutriments, de déchets et dêtres hétérosexués et possédant une certaine dinformation avec son environnement. forme de vie sociale, le passage de la vie aquatique à la vie terrestre, amènent une Le rôle de défense est principalement dévolu à augmentation de lefficacité, des chances de la membrane cellulaire, dont les propriétés survie. du rayon dactivité et dindépendance de hydrophobes empêchent le mélange létal des lorganisme. Ceci ne peut être réalisé que par le constituants hydrophiles du milieu intracellulaire développement simultané de structures avec ceux du milieu extracellulaire. La complexes à lintérieur de lorganisme. Pour perméabilité de la barrière membranaire à survivre et assurer leurs fonctions, les cellules certaines substances est assurée soit par individuelles de lorganisme requièrent un milieu lintermédiaire de pores, soit par des molécules interne de composition proche de celle du protéiques de la membrane cellulaire appelées milieu aquatique primitif. Le milieu est mainte- transporteurs (cf. p. 10 et suiv.). La nant assuré par le liquide extracellulaire (A), perméabilité aux gaz de la membrane cellulaire mais son volume nest pas comparativement est relativement bonne. Bien que ce soit un aussi grand. En raison de leur activité avantage pour les échanges vitaux d02 et de métabolique, les cellules doivent extraire COi. cela signifie aussi que la cellule est à la loxygène et les substances nutritives de ce merci dune intoxication gazeuse, par exemple liquide et y rejeter des déchets ; lespace par le monoxyde de carbone. La présence de extracellulaire va être inondé de ces tels gaz. à concentration élevée, dans le milieu substances si lorganisme na pas développé externe ou dagents lipophiles comme les dorganes spécialisés, entre autres choses, solvants organiques, représente une menace à pour prélever, métaboliser, transformer, stocker la survie cellulaire. les nutriments, extraire loxygène du milieu et Pour percevoir les signaux de lenvironnement, évacuer les déchets du métabolisme. Les la membrane cellulaire dispose de certaines dents, les glandes salivaires, lœsophage, protéines agissant comme récepteurs et qui lestomac, lintestin et le foie, les poumons, les transmettent linformation à lintérieur de la reins et la vessie sont tous également cellule. Seules les substances lipophiles impliqués. peuvent traverser la membrane sans cet La spécialisation des cellules et des organes intermédiaire et se combiner avec leurs pour des fonctions particulières requiert une récepteurs protéiques spécifiques intégration. Celle-ci est assurée par intracellulaires. convection, sur de longues distances, au Un organisme unicellulaire, dans lenvi- moyen dinformations humorales transmises par ronnement aquatique originel (A), ne peut être le système circulatoire et de signaux électriques envisagé que si ce milieu est plus ou moins par le système nerveux. De plus, pour assurer constant. Lextraction des lapport nutritif et lévacuation des .
  7. 7. déchets et contribuer ainsi au maintien du milieu intérieur même dans les situations durgence, les mêmes mécanismes contrôlent et régulent les fonctions nécessaires à la survie au sens large du terme. par ex. survie de lespèce. Ceci comprend non seulement le développement opportun des organes reproducteurs et la disponibilité de cellules sexuelles matures au moment de la puberté, mais aussi le contrôle de lérection, de léjaculation, de la fertilisation et de la nidification, la coordination des fonctions des organismes maternel et fœtal durant la grossesse, et la régulation des mécanismes intervenant lors de la parturition et de la période de lactation. Le système nerveux central traite dune part les signaux provenant des récepteurs périphériques, des cellules sensorielles et des organes, active dautre part les effecteurs comme les "muscles squelettiques et influence les glandes endocrines ; il joue aussi un rôle décisif lorsque la conduite ou la pensée hu- maine sont engagées dans une discussion. Il est impliqué non seulement dans la recherche de nourriture et deau, la lutte contre le froid et le chaud, le choix dun partenaire, les soins à apporter à ses descendants même longtemps après leur naissance, et leur intégration dans la vie sociale, mais aussi dans la recherche de lorigine des mots. des expressions et leur association avec certains termes comme leA. Le milieu dans lequel vivent les cellules. désir, labsence de désir, la curiosité, la joie, la(1) La première cellule provient du milieu colère, la crainte et lenvie aussi bien que dansaquatique primitif. Les organismes la créativité, la découverte de soi et launicellulaires échangeaient des substances responsabilité. Cependant cet aspect dépasseavec le milieu marin, mais sans modification les limites de la physiologie au sens strict duappréciable de sa composition compte tenu de terme comme science des fonctions delimmensité de locéan. lindividu, laquelle est le sujet de cet ouvrage. Léthologie, la sociologie et la psychologie sont(2) Les cellules de lorganisme humain « quelques-unes des disciplines qui avoisinent labaignent » dans le milieu extracellulaire (LEC), physiologie, bien que des liens certains entredont le volume est plus faible que le volume ces matières et la physiologie aient été établiscellulaire (cf. p. 138).. Ce « milieu interne » sera dans des cas exceptionnels.très rapidement altéré si lespace entre lescellules nest pas relié, au moyen du fluxsanguin, aux organes et systèmes assurant le La cellulerenouvellement des substances nutritives, desélectrolytes et de leau, et lexcrétion des Théorie cellulaire :produits du catabolisme dans les selles et les 1. Tous les organismes vivants sont composésurines. La régulation du « milieu intérieur » est de cellules et de leurs constituants.surtout assurée par les reins (H2Û et 2. Toutes les cellules sont semblables dans leurélectrolytes) et par la respiration (02. CÛ2). Les structure chimique.constituants du LEC sont sans cesse évacuésau moyen des poumons (H20) et de la peau 3. Les nouvelles cellules sont formées par(N20 et électrolytes). division cellulaire à partir de cellules existantes.
  8. 8. Principes de base 3 Le processus de la synthèse protéique est4. Lactivité dun organisme est la somme des activités fondamentalement un transfert dinformation. Inscriteet interactions de ses cellules. initialement dans les gènes (ADN) sous forme dunLa cellule est la plus petite unité des êtres vivants. polynucléotide. cette information va permettre laUne membrane cellulaire délimite lextérieur de lacellule; à lintérieur se trouve le cytoplasme cellulaire formation de protéines qui sont des regroupementset les structures subcellulaires, ou organites dacides aminés. On a estimé quune cellule typecellulaires eux-mêmes entourés dune membrane. synthétise, durant sa vie, environ 100000 protéinesLes cellules peuvent être décrites comme pro- différentes.karyotes ou eukaryotes. Les cellules des prokaryotes, Le nucléole contient lacide ribonucléiquecomme celles des bactéries, ont une organisation (ARN), et également de lARN messagerinterne assez simple et aucune membrane nentoureles organites cellulaires. (ARNm). LARNm transmet linformationLes organites de la cellule eukariote sont hautement génétique reçue de lADN {transcription} auxspécialisés : le matériel génétique de la cellule est ribosomes, où linformation est utilisée dans leconcentré dans le nucléus, les enzymes digestives processus de synthèse protéiquedans les lysosomes. la production oxydative dadé- (translocation). LARNm et les autres grossesnosine triphosphate (ATP) se fait dans les molécules passent à travers la membranemitochondries. enfin la synthèse protéique seffectue nucléaire constituée de deux feuillets (A) pardans les ribosomes. les pores nucléaires. LARN de transfert (ARNt)En dépit dune spécialisation partielle des cellules de transporte les divers acides aminés lors de lalorganisme, leurs éléments constitutifs, les organitescellulaires, synthèse des protéines qui nécessiteont de nombreux points communs. également la présence dARN ribosomalLe noyau cellulaire comprend le suc nucléaire (ARNr).(nucléoplasme), les granulations de chromât/ne et les La première étape de la synthèse protéique requiert lanucléoles. La chromatine contient le support de linfor- formation dARN dans le noyau (transcription) enmation génétique : lacide désoxyribonucléique (ADN). accord avec linformation contenue dans les gènesDeux chaînes dADN (formant une double hélice (ADN). Chaque acide aminé (par ex. la lysine)pouvant atteindre jusquà 7 cm de long) sont impliqué dans la synthèse dune protéine est codé par trois bases (dans cet exemple -C-T-T-). Ceci forme leenroulées et pliées pour constituer les chromosomes codogène. Pendant la transcription, le tripletqui ont 10 µm de longueur. complémentaire de base (-G-A-A-), le codon, estLe noyau des cellules humaines contient 46 fabriqué pour servir dARNm (messager). La formationchromosomes : 2 X 22 autosomes et 2 chromosomes dARN est contrôlée par une polymérase, dont lactionX chez la femme ou / chromosome X et 1 Y chez est normalement inhibée par une protéine répressive située sur tADN. La polymérase est réactivée lorsquelhomme. lagent répresseur est inhibé (dérépression). CeLacide désoxyribonucléique (ADN) est une longue précurseur de lARNm subit des modifications,chaîne moléculaire composée de quatre différents coupures et additions de différents segments à sesnucléotides : ladénosine, la thymidine, la guanosine et extrémités, lors dune seconde étape intranucléairela cytidine. Son squelette est composé de sucres, les appelée modification posttranscriptionnelle.pentoses désoxyribose, et de résidus dacides LARNm sattache ensuite aux poly-ribosomes ouphosphoriques, avec des chaînes latérales polysomes intracytoplasmiques et permetcomposées à partir des bases suivantes : adénine, lassemblage des acides aminés (polymérisation)thymine, guanine, et cytosine respectivement. La amenés vers lui par lARNt. Les anticodons que cetséquence darrangement ou de regroupement des ARNt possède, sur son extrémité active, vontbases puriques constitue le code génétique. Les sapparier avec le codon (3 bases) complémentaire dedeux chaînes dADN formant une double hélice sont lARNm (-C-U-U- dans lexemple précédent). La ca-reliées entre elles par des ponts hydrogènes entre dence dassemblage des acides aminés estbases appariées, sachant que ladénine ne se lie quà approximativement de quatre à huit acides aminés parla thymine. la guanine seulement à la cytosine. La seconde. Cette étape, la translation, se termine par lacomposition des nucléotides formant les deux chaînes formation dune chaîne polypeptidique. La dernièreest dès lors complémentaire. larrangement dune étape, ou modification posttranslationnelle,chaîne déterminant la structure de lautre, si bien comporte la séparation des chaînes ou se trouvequune chaîne peut servir de substrat (template) pour la nouvelle protéine , la modification de certainsla synthèse dune chaîne complémentaire contenant la acides aminés dans la chaîne , par exemple lamême information. LARN est formé dune seule carboxylation des résidus glutamate enchaîne, mais le ribose remplace le désoxyribose et agrégats protéiques (cf. p. 74), enfin le plissementluracile remplace la thymine. de la protéine dans sa configuration type. La protéine
  9. 9. 4 Principes de base concentre et les englobe dans une membrane.synthétisée est alors emmenée jusquà son site Les grains de sécrétions formés migrent versdaction, par exemple le noyau, les organites la périphérie de la cellule (B) et sont déverséscellulaires ou en dehors de la cellule dans le dans le milieu extracellulaire par exocytosesang. (par ex. sécrétion dhormones; cf. p. 240), quiLe réticulum endoplasmique granulaire est un mécanisme énergie-dépendant.(REG) (B-C) est constitué de vésicules aplaties, Lendocytose est le mécanisme inverse dedont les cavités {citernes) reliées entre elles transport par lequel le matériel de gros volume,constituent une sorte de réseau de ça na lieu soit solide soit en solution (pinocytose), peutles à travers la cellule. Les protéines formées entrer dans la cellule (cf. p. 12).au niveau des ribosomes sont avant tout Les mitochondries (B et C) sont essentiellestransportées dans les vésicules qui se sont pour la cellule. Elles contiennent des enzymesdétachées du REG (cf. ci-dessous). Les du cycle de lacide citrique (cycle de Krebs) etribosomes sont généralement fixés à de la chaîne respiratoire. Elles sont le lieulextérieur du REG (doù le nom de RE rugueux principal des réactions oxydatives qui libèrentou granulaire, cf. B et C). Le RE sans de lénergie. Lénergie ainsi produite estribosomes est appelé RE lisse. Cest à son accumulée dans un premier temps sous formeniveau que se fait surtout la synthèse des chimique dans la molécule dadénosinelipides (comme les lipoprotéines, cf. p. 220 et triphosphate (ATP). La synthèse dATP est lesuiv.). Lappareil de Golgi (B-C) est constitué plus important pourvoyeur en sources dénergiede saccules aplatis et empilés ; de la péri- immédiatement disponibles par lorganisme ; laphérie, des vésicules se détachent par dégradation ou hydrolyse de lATP par diversesbourgeonnement. Il participe essentiellement enzymes (phosphatases, ATPases) libèreaux processus de sécrétion : lénergie utilisée dans les réactions cellulaires.par exemple, il stocke des protéines issues du Les mitochondries contiennent également desREG, il synthétise les polysaccharides, les ribosomes et peuvent synthétiser certaines protéines.
  10. 10. Principes de base 5Les cellules ayant un métabolisme intense, culairement à la surface {crêtes}. Contrai-par exemple les cellules hépatiques ou les rement à la membrane externe, la membranecellules épithéliales, spécialisées dans le interne est très dense et ne laisse passertransport (C), sont riches en mitochondries. que les substances pour lesquelles existentLes mitochondries sont délimitées par une des mécanismes de transport actifs (cf. p.membrane externe continue, doublée dune 11); (malate, pyruvate, citrate, Ca2+,membrane interne qui sinvagine perpendi- phosphate. Mg2+ ; etc.; H).
  11. 11. 6 Principes de baseLes lysosomes sont des vésicules en- plusieurs lysosomes ainsi quun cytolysome ouzymatiques. Ils proviennent le plus souvent du vacuole autophagique, des appareils de Golgi,RE ou de lappareil de Golgi {lysosomes le réticulum endoplasmique granulaire (REG)primaires} et servent au transport des protéines parsemé de ribosomes, des ribosomes libres etet à la digestion des substances qui ont été la limite entre deux cellules. La jonction descaptées dans la cellule par phagocytose (cf. p. deux cellules est relativement étroite au niveau12 et suiv.) ou par pinocytose (cf. p. 129, D). de la zonula occludens (« jonction étanche » =(phagolysosomes. lysosomes secondaires; B). jonction serrée). Les noyaux cellulaires sont enLa digestion des organites de la cellule a lieu dehors du cliché.également dans ces vésicules {vacuolesautophages ou de cytolyse}. Les éléments «indigestes » sont à nouveau transportés vers la Les mécanismes de transport :périphérie de la cellule et rejetés hors de celle-ci un processus fondamental pour les(exocytose, B). êtres vivantsLes centrioles interviennent lors de la division Comme nous lavons décrit précédemment. lecellulaire ; les microtubules assurent surtout la milieu intracellulaire est protégé du fluiderigidité de la cellule et prennent également une extracellulaire, dont la composition est trèspart importante dans dautres fonctions différente, grâce à la membrane cellulairecellulaires. lipophile. Ainsi, grâce à lénergie fournie par leLa membrane cellulaire, quelle soit lisse ou métabolisme, il est possible de maintenir lainvaginée (par ex. bordure en brosse et région composition du milieu intracellulaire pourbasale ; C), est constituée de phospholipides, assurer la vie et la survie cellulaire. Les pores,de cholestérol et dautres lipides, dont les pôles les transporteurs, les pompes ioniques et leshydrophobes (qui repoussent leau) se font face mécanismes cytosiques rendent possible ledans une double couche, alors que les pôles transport transmembranaire des substanceshydrophiles (qui aiment leau) sont tournés vers spécifiques, que ce soit labsorption desle milieu aqueux. Cette membrane lipidique substrats nécessaires au métabolismecontient des protéines (en partie mobiles, cf. p. cellulaire, le rejet des produits du métabolisme242) dont une fraction traverse entièrement la intermédiaire ou terminal, ou le transport dirigédouble couche lipidique (A) et joue le rôle de des ions, lesquels permettent létablissement dupores pour le passage des ions polaires (et potentiel cellulaire qui est à la base dedonc hydrophiles; F). Des « trous » peuvent lexcitabilité des cellules nerveuses etparfois se former pendant un court laps de musculaires. Les conséquences de lentrée outemps dans la membrane ; ces « trous », qui de la sortie de substances pour lesquelles lasont délimités par les pôles hydrophiles des membrane cellulaire nest pas une barrièrelipides se faisant face, ne jouent probablement efficace (par ex. pour leau et le CÛ2) peuventpas un rôle majeur pour le passage des être contrecarrées ou au moins amoindries parsubstances polaires. le transport dautres substances. Une régulationLa membrane cellulaire assure entre autres la de ce type empêche les variations indésirablesprotection du milieu intracellulaire contre le du volume cellulaire et assure la stabilité du pH.milieu extracellulaire, le transport de substances Comme la cellule est entièrement divisée en(voir ci-dessous), la reconnaissance des compartiments (en relation avec leurs contenus)hormones (cf. p. 234 et suiv.) et la cohésion des par les diverses membranes des organitescellules entre elles. cellulaires, il existe également une grandeLe cliché de la planche C montre des cellules richesse de systèmes spécifiques dedu tube proximal dun rein de rat. La membrane transport. On peut citer comme exemplesde cette cellule spécialisée dans la fonction de lARN de transfert, lhormone de transport dutransport (cf. p. 126 et suiv.) est multipliée par noyau cellulaire, la protéine de transport du30 à 60 environ du fait de son invagination aussi réticulum sarcoplasmique granuleux versbien du côté de la lumière du tubule {bordure en lappareil de Golgi, la captation active et labrosse} que du côté sanguin {région basale}. libération du Ca2+ dans et hors du réticulumOn reconnaît aussi de nombreuses sarcoplasmique, les processus de transportmitochondries (siège de la production dATP qui spécifique dans les mitochondries (H) et lefournit ici lénergie pour les processus de transport actif dans les fibres nerveuses (cf. p.transport actif). 22) sur des distances allant jusquà 1 mètre.
  12. 12. Principes de base 7D. Une gap junction comporte des canaux de communication entre cellules adjacentes (par ex. dans le muscle lisse, lesépithélium. les cellules gliales, le foie). (1) Image en microscopie électronique de deux cellules hépatiques dont les membranescellulaires sont en contact au moyen dune gap junction. (2) Schéma représentant les canaux. (3) Un complexe globulaireprotéique (connexon) dune cellule 1 est connecté bord à bord avec un complexe similaire dune cellule 2 par un fin canal detelle manière que les espaces cytoplasmiques des deux cellules soient connectés. (4) Une unité globulaire (connexon) estformée de 6 sous-unités, chacune ayant une masse moléculaire de 27 kD. Les parties terminales des chaînes peptidiquesmettent en contact leur propre cytoplasme, tandis que les deux boucles de la chaîne connectent lune lautre leur connexon àlautre extrémité. La partie de la chaîne colorée en bleue en (4) forme la paroi du canal, (dapr ès W. H. Evans, BioEssays, 8 : 3 -6, 1988).Chez les organismes multicellulaires, le couplage électrique (ionique) par exemple, per-transport seffectue entre cellules proches, met à lexcitation des cellules musculaires lisses de sétendre aux cellules voisines, ce qui créesoit par diffusion à travers lespaceextracellulaire (action de lhormone paracrine). une vague dexcitation se propageant à lorganesoit à travers des passages appelés « gap tout entier (estomac, intestin, canalicules bi-jonctions », qui sont caractérisés par une liaires, utérus, uretère etc ; voir également pageintégrité de deux cellules voisines (D). Les gap 44). La présence de gap junctions permetjunctions permettent le passage de substances également aux cellules gliales et épithéliales dassurer ensemble et harmonieusement leursde masse moléculaire allant jusquà plusieurscentaines de Dalton. Les ions peuvent fonctions de transport et de barrage (voir ci-également utiliser cette voie, les cellules étant dessous). Si, cependant, la concentration en Ca2+ augmente dans lun des constituantsdun point de vue fonctionnel intimementassociées (on parle de syncitium). On peut cellulaires, comme par exemple dans le cas extrême dune membrane de fuite, les gap junctionsciter comme exemples lépithélium (voir ci- se ferment. En dautres termes, dans lintérêt dedessous), le muscle lisse et les cellules glialesdu système nerveux central (CNS). JLQ
  13. 13. 8 Principes de base Les grosses molécules peuvent traverser la barrière endothéliale des parois vasculairestoutes les fonctions, chaque cellule est sanguines par une combinaison dendocytoseautorisée à combattre ses propres problèmes. dun côté et dexocytose de lautre côté, aussi bien que par transcytose (cf. p. 13), mais dansTransport transcellulaire ce cas le transport paracellulaire à travers lesChez les organismes multicellulaires, le rôle de jonctions intercellulaires semble jouer quanti-la membrane cellulaire en tant que protection ou tativement un rôle plus important. Lesbarrière entre lintérieur et lextérieur est souvent macromolécules anioniques comme lalbumine,assuré par le regroupement de cellules de qui sont indispensables dans le milieu sanguinmôme fonction. Les épithélium (de la peau, de en raison de leur propriété oncotique (cf. p.lappareil digestif, du tractus urogénital, de 158), sont maintenues sur les parois épithélialeslappareil respiratoire, etc.), les endothélium par des charges électriques.vasculaires et les cellules gliales du SNC Enfin, il y a nécessairement des transports àconstituent des ensembles protecteurs de ce longue distance dun organe vers un autre ettype. Ils séparent le compartiment de différents organes vers le milieu environnant.extracellulaire dautres milieux de composition Le moyen de transport principal utilisé dans dedifférente formant lenvironnement naturel de telles situations est la convection. Leslorganisme, comme lair (épithélium cutané et échanges entre organes seffectuent parbronchique), les contenus de lappareil digestif lintermédiaire des voies sanguine et(estomac, intestin), les espaces contenant la lymphatique ; les échanges avec lenvi-bile ou lurine (vésicule biliaire. vessie, tubule ronnement sont réalisés au moyen du courantrénaux) lhumeur aqueuse des yeux, le liquide gazeux dans lappareil respiratoire, du fluxcérébrospinal (barrière entre le sang et le urinaire dans les reins et le tractus urinaire, etliquide céphalorachidien), le milieu sanguin par transport liquidien à travers le tractus(endothélium) et le milieu extracellulaire du digestif (bouche-estomac-intestin).système nerveux central (barrière Les chapitres suivants décrivent brièvement lescérébroméningée). Néanmoins, certaines types, phénomènes et lois qui régissent lessubstances doivent être transportées à travers mécanismes de transport, et leur significationces barrières ; ce déplacement seffectue par fonctionnelle pour lorganisme.transport transmembranaire, lentrée dun ionou dun composé dans la cellule est combinée Transport passifau mouvement dun autre composé en sens La diffusion dune substance est un processusinverse. Plusieurs autres cellules (par exemple de transport fondamental. Elle peut se produireles globules rouges) dont la membrane lorsque la substance est plus fortementplasmatique présente des propriétés uniformes concentrée dans le milieu de départ que dans lele long de sa circonférence, comme les cellules milieu darrivée, cest-à-dire lorsquil existe unépi- ou endothéliales, sont concernées par ces gradient de concentration.mécanismes (cf. C) ; ce sont des cellules Par exemple, lorsque lon pose des fleurs surpolarisées. une table dans une pièce, leur parfum seLe transport de substances peut se faire non répand dans la pièce (même sans courantseulement à travers la membrane des cellules dair!), autrement dit le parfum diffuse demais également entre cellules : lendroit où il est le plus concentré (fleurs) verson parle alors de transport paracellulaire ou lendroit où il est le moins concentrétransépithélial. Quelques épithélium (par ex. (environnement).celui de lintestin grêle et celui du tubule rénal Une diffusion unidirectionnelle peut se faire enproximal) sont à cet égard relativement labsence de différence de concentration. Dansperméables ou totalement perméables, alors ce cas, la valeur de cette diffusion est la mêmeque dautres le sont moins (par ex. au niveau du dans toutes les directions et la diffusion nettetubule distal ou du côlon). Cette plus ou moins est alors égale à zéro.grande perméabilité dépend de létat des «jonctions serrées » (C) par lesquelles les Dans lair (et dune façon générale danscellules adhèrent les unes aux autres. La les gaz) ce processus de diffusion sebordure cellulaire et son degré de perméabilité déroule relativement vite, mais il est plus(qui peut, par exemple, être spécifique auxcations) sont des éléments fonctionnels lent dans les liquides et en particulier dansimportants de lépithélium. lorganisme. Le temps de diffusion néces-
  14. 14. 10 Principes de base plasmatique joue aussi un rôle important lors de ladministration de médicaments. car la fractionde la ventilation pulmonaire (cf. p. 78 et suiv.). de ces médicaments liée aux protéines nest nide lélimination de lurine et des fèces, etc. pharmacologiquement active ni filtrablePar exemple, lors du transport du gaz carbonique (cf. (élimination urinaire retardée), et par ailleursp. 96), diffusion et transfert alternent : elle peut agir comme allergène (cf. p. 72).diffusion des tissus vers le sang, transfert sanguin destissus vers le poumon, diffusion du sang vers lair Des substances dissoutes peuvent être «alvéolaire, transfert de cet air des alvéoles vers entraînées » lors du passage de leau à traverslextérieur. lépithélium (paroi intestinale, tubule rénal). On parle alors dun transport par « solvent drag ».On parle de convection (cf. p. 192 et suiv.) lors La quantité de matière dissoute ainsidu transport de lénergie thermique par le transportée dépend, outre du débit de leau etsang et lors du rejet de la chaleur sous forme de la concentration de matière, de la facilitédair réchauffé. avec laquelle les particules de matière traversent les pores de la membrane ou de laUn autre mécanisme de transport, la filtration, quantité de particules qui ne traversent pas lase produit au niveau des différentes membranes membrane, les particules étant donc «de lorganisme. à condition que la membrane réfléchies ». On parle alors de coefficient desoit perméable à leau. Si un gradient de pres- réflexion σ. Pour les grosses molécules quision apparaît entre les deux faces de la sont totalement réfléchies, autrement dit qui nemembrane (par exemple une pression sanguine peuvent être transportées par « solvent drag »,relativement élevée dans les capillaires σ est égal à 1 et pour les molécules plus petitessanguins et une faible pression dans lespace a est inférieur à 1. Par exemple. lurée dans leinterstitiel, cf. p. 158), le liquide est alors tube proximal du rein a un coefficient deexpulsé à travers la membrane. Les substances réflexion σ = 0,68.pour lesquelles les pores de la membrane sonttrop petits ne traversent pas, par exemple les Pour les particules de matière chargées électriquement (ions), une différence deprotéines dans les capillaires sanguins, tandis potentiel, en particulier au niveau duneque dautres substances de taille moléculairemoindre (Na+. Cl-) sont filtrées avec leur solvant membrane cellulaire, peut constituer une formeà travers la membrane et sont donc soumises à de transport (cf. p. 14) :une sorte de transfert (cf. ci-dessous). De les ions positifs (cations) migrent alors vers lenombreuses substances de petite taille pôle négatif de la membrane et les ions négatifsmoléculaire, qui. en elles-mêmes, peuvent être (anions) vers le pôle positif. Mais pour que cefiltrées, se lient aux protéines du plasma : cette type de transport soit effectif, il faut que cetteliaison est appelée liaison plasmatique ou membrane soit perméable à lion concerné, celiaison protéique. Elle empêche plus ou moins qui est déterminé par le coefficient de perméabi-la filtration de ces substances, en particulier au lité P (cf. p. 9).niveau du glomérule rénal (cf. p. 126 et suiv.). La quantité dions transportée par unité deIllustrons ceci par un exemple : lors du passage rénal, 20% temps dépend, outre du coefficient deenviron du liquide plasmatique et donc aussi 20 % dunesubstance filtrable sont filtrés par le glomérule rénal. Mais si perméabilité membranaire de cet ion, de lacette substance est liée pour 9/10e aux protéines charge (z) de lion, de la différence de potentielplasmatiques, seul 1/10 e peut être filtré, ce qui signifie que et de la valeur moyenne de la concentration2 % seulement sont filtrés à chaque passage rénal. ionique (cest-à-dire de lactivité ionique (c), cf. p. 9) de part et dautre de la membrane. PlusLa liaison protéique a plusieurs fonctions : a) elle simplement, la perméabilité ionique duneempêche lélimination de nombreuses substances (par membrane peut être définie par la conductanceexemple lhème), b) elle constitue la forme de électrique g (cf. p. 9). Si lon introduit g à latransport de certaines substances (par exemple le place de la résistance dans la loi dOhm, on obtient (cf. aussi P. 14) :fer), c) elle constitue un « stock » immédiatement gion = courant ionique/potentiel dentraînement (4).disponible dions plasmatiques importants (Ca2+,Mg2+), etc. Du point de vue médical , la liaison On entend par diffusion facilitée un transport passif « facilité » par un transporteur situé dans la membrane. Etant donné que les substances biologiquement im-
  15. 15. Principes de base 11portantes sont pour la plupart polaires et que, qui doit être maintenue indirectement par unde ce fait, leur simple diffusion (cf. p. 8) à mécanisme de transport actif de Na+ àtravers la membrane serait trop lente, il existe différents endroits de la membrane cellulaire.pour un certain nombre de substances, glucose. Ce mécanisme est appelé cotransportNa+, etc., des protéines situées dans la (simport) si la substance impliquée est déplacéemembrane - précisément les transporteurs - qui dans le même sens que lion moteur (parfixent la molécule à transporter dun côté de la exemple le Na+ avec le glucose) ou contre-membrane et sen séparent de lautre côté. On transport (antiport) si le gradient de Na+, dansne sait pas si le transporteur diffuse à travers la ce cas, déplace lion H+ dans le sens opposé.membrane, sil pivote ou sil modifie sa Citons comme exemple de transports actifs primairesconformation. Ce type de transport par ou secondaires lexcrétion du Na+, du glucose et destransporteurs est saturable et spécifique pour acides aminés par le tubule rénal (cf. p. 126 et suiv.),des substances ayant une étroite analogie destructures (on parle dinhibition compétitive). labsorption de ces substances à partir de lintestinIl se distingue du transport actif (cf. ci-dessous) (cf. p. 224 et suiv.), la sécrétion de lacidepar le fait quil sagit dun transport « selon » un chlorhydrique dans lestomac (cf. p. 208). le transportgradient électrochimique (cf. p. 14). du Na+ au niveau de la cellule nerveuse (cf. p. 24 et suiv.), etc. Ces mécanismes de transport actif pré- sentent les caractéristiques suivantes .Transport actif • ils sont saturables, autrement dit ils ne peuventDans lorganisme, le transport des substances assurer quun taux de transport maximal déterminése fait aussi et surtout contre un gradient de (cf. réabsorption du glucose dans le rein, p. 128),concentration et/ou contre un gradientélectrique (potentiel). • ils sont plus ou moins spécifiques, ce qui signifie que seules certaines substances de structure chimiqueCeci ne peut seffectuer par le transport passif analogue sont transportées par un système (cf.décrit ci-dessus (qui se fait dans le sens ducourant, cest-à-dire « selon » un gradient), mais fonction dépuration du foie, p. 214 et suiv.),seulement par des mécanismes de transport • ces substances analogues sont souvent plus ouactif. Ceux-ci nécessitent de lénergie, car ils moins bien transportées, ce qui signifie quellesdoivent transporter les substances contre un possèdent une affinité différente (~ 1/Km; cf. ci-gradient. Une partie importante de lénergie après) pour le système de transport,chimique apportée à lorganisme sous formedaliments est transformée en composés riches • ils sont perturbés lorsque l’apport dénergieen énergie et utilisables par tous les êtres cellulaire est défaillant.vivants (par exemple lATP. cf. p. 17). Cetteénergie est utilisée notamment pour le transport Le taux de transport Jsat, de ce type de transportactif. saturable se calcule généralement suivant la cinétique de Michaelis-Menten :Dans le transport actif primaire, lhydrolyse delATP produit directement de lénergie utilisable Jsat = Jmax-C/(Km + C) [mol.m-2.s-1],pour les mécanismes de « pompe ionique ».Ces pompes sont aussi appelées ATPases. On C étant la concentration finale de la substance àpeut citer lomniprésente Na+-K+ (activée) - transporter, Jmax le taux de transport maximal de laATPase, mais également la Ca+-ATPase substance et Km sa concentration de demi-saturation,sarcoplasmique et lH+-ATPase du tube cest-à-dire pour 0.5 Jmax (cf. p. 333).collecteur rénal comme autant de mécanismesactifs permettant le transport de Na+. K+, Ca+ Cytoseou H+ respectivement. La cytose est un mécanisme de transportDans le transport actif secondaire dun actif complètement différent.composé (par exemple le glucose) il y a Elle comprend la formation, avec consomma-couplage par un transporteur avec un tion dATP, de vésicules intramembra-mécanisme de transport passif dun ion (parexemple le Na+). Dans ce cas, le gradient deNa+ est la force motrice
  16. 16. 12 Principes de basenaires, denviron 50-400 nm de diamètre, qui se va saccumuler et précipiter dans les lysosomes,détachent ensuite par étranglement de la membrane causant finalement des dommages aux cellules et àplasmique ou de la membrane des organites lorgane tout entier (cystinose).cellulaires (réticulum endoplasmique granulaire, Les phospholipides de la membrane cellulaire, utilisésappareil de Golgi, cf. p. 4). Grâce à la cytose dans les processus dendocytose pour former lesspécifique, ce sont principalement les parois des vésicules, sont réincorporés dans la membrane cellulaire, en même temps que lesmacromolécules (protéines, polynucléotides et protéines des récepteurs et la clathrine, par despolysaccharides) qui sont transférées dans la cellule procédés de recirculation globalement inexpliqués.(endocytose), ou qui en sortent (exocytose). Le Certaines autres protéines membranaires. commetransport des grosses molécules à lintérieur de la celles mises en jeu dans les pompes ioniquescellule seffectue également par ces vésicules, par (appelées protéines résidentes) sont pour la majoritéexemple le transport des protéines du REG vers non impliquées dans ces procédés rapides et continuslappareil de Golgi. Deux formes différentes de recirculation.dendocytose peuvent être distinguées. Lune, la Un exemple dendocytose par récepteur est le captagepinocytose, est un mécanisme de transport continu, du cholestérol et de ses esthers. Ils sont transportésnon spécifique, permettant lentrée dans la cellule de par lintermédiaire du plasma dans les lipoprotéines de type LDL (cf. p. 222 et suiv.) vers les cellulesliquide extracellulaire au moyen de vésicules extrahépatiques. Lorsque ces cellules ont besoin derelativement petites, à la manière dun goutte à cholestérol, par exemple pour la synthèsegoutte. Dans le même temps, des molécules membranaire ou pour la production dhormonesdissoutes, grandes ou petites, sont sans distinction stéroïdes, elles incorporent dans leur membranetransférées dans la cellule. cellulaire une plus grande quantité de récepteurs desLa seconde forme dendocytose requiert la présence LDL qui reconnaissent et lient les LDL-protéines (apoli- poprotéines), augmentant ainsi lendocytose des LDL.de récepteurs sur la face externe de la membrane Une particule de LDL de 22 nm est capable de fixercellulaire. Une seule et même cellule peut posséder environ 1500 molécules desthercholestérol. Lesplusieurs types différents de récepteurs (environ 50 patients ayant un défaut génétique de ces récepteurssur un fibroblaste). On peut trouver jusquà 1 000 des LDL ont un taux de cholestérol plasmatique élevérécepteurs concentrés sur les sites membranaires avec comme conséquence une athérosclérose(aussi appelés protéines de transfert) à lendroit où prématurée.lintérieur de la membrane est doublé (« coated pits » On peut citer dautres exemples dendocytose par- « fosse mantelée » ou encore « puits recouvert » ; récepteur, comme le captage cellulaire du fer de lavoir E2) de protéines spécifiques (principalement transferrine, de lhème de lhémopexine, declathrine). Puisque cest à cet endroit que débute lhémoglobine de lhaptoglobine (cf. p. 63) et des cobalamines au moyen de leur différents mécanismeslendocytose. les vésicules endocytosiques sont de transports protéiques membranaires (cf. p. 226).temporairement recouvertes de clathrine (« vésiculesmantelées » ou « vésicules recouvertes »). Cette La phagocytose des organismes pathogènes (par reconnaissance des complexes antigène-anticorps) etendocytose seffectuant via un récepteur (= des débris cellulaires endogènes, pour lesquels lesendocytose dabsorption) est spécifique puisque les granulocytes neutrophiles et les macrophages sontrécepteurs peuvent seulement reconnaître certaines spécialisés (cf. p. 66 et suiv.) se fait également, desubstances et seules celles-ci peuvent être captées par manière habituelle, par lintermédiaire de récepteurendocytose jusquà lintérieur de la cellule. (voir aussi opsonisation ; p. 66 et suiv.). Laspect quantitatif de la phagocytose est illustré par le faitConsécutivement à lendocytose, le « manteau » ou quen une heure environ 10 billions de vieux érythro-enveloppe est transféré dans la cellule, et il sensuit cytes sont détruits par ce mécanisme (p. 60), et queune fusion avec les lysosomes primaires (B) dont les macrophages par exemple phagocytent en uneles enzymes hydrolytiques vont digérer la substance heure environ 125% de leur propre volume et 200% depynocitée pour former les lysosomes secondaires. leur membrane cellulaire.Les petites molécules résultant de cette digestion, Quand linsuline se lie aux récepteurs sur la surfacetels les acides aminés, les sucres et les nucléotides. des cellules cibles, le complexe hormone-récepteursont transportées à travers la membrane lysosomale migre dans les « puits recouverts » et subit alors unevers le cytoplasme où elles sont disponibles pour le endocytose (il est « internalisé »; cf. p. 248). De cettemétabolisme cellulaire. manière, la densité des récepteurs capables de lier lhormone est diminuée (« down régulation » :De tels mécanismes de transport à travers la diminution de laffinité des sites résiduels par desmembrane lysosomale sont spécifiques. Si, par concentrations élevées dinsuline).exemple, le facteur responsable du transfert delamino-acide L-cystine est défectueux (généti-quement), la cystine (dont la solubilité est plus faible)
  17. 17. Principes de base 13Lexocytose est également un processus La cytose comme moyen de locomotionrégulé. Les hormones (par ex. celles du lobe En principe, la plupart des cellules sontpostérieur de lhypophyse ; cf. p. 240). les capables de se déplacer activement à lintérieurneurotransmetteurs (cf. lacétylcholine. p. 54) et de lorganisme, bien quun petit nombreles enzymes (cf. les acini pancréatiques; p. 212) seulement utilise cette possibilité. Les seulespeuvent, comme «des vésicules préemballées», cellules équipées spécialement pour de telsêtre libérées en réponse à une augmentation de déplacements sont les spermatozoïdes, quila concentration intracellulaire de Ca2+. Il est peuvent « nager » à une vitesse de lordre de 35probable que le Ca2+ intracellulaire agisse non µm/S par agitation de leur flagelle caudal.sous sa forme libre, mais par lintermédiairedune protéine de liaison, la calmoduline. Dautres cellules, comme les fibroblastes. se déplacent également, mais beaucoup plusLe transport transcellulaire de macromolécules lentement, à la vitesse de 0.01 µm/s (E1). En(protéines, hormones) peut également se faire cas de lésion par exemple, ils se déplacent aupar pinocytose. Lendothélium, par exemple, niveau de la blessure et participent à lacapte la molécule dun côté de la cellule et la cicatrisation. On peut encore citer leslibère, inchangée, de lautre côté (trans-cytose). granulocytes et les macrophages, lesquels, attirés par chimiotactisme, traversent la paroi vasculaire et migrent dans
  18. 18. 14 Principes de basela direction de linvasion bactérienne (migration; cf. jusquà ce que les deux gradients soientp. 66 et suiv.). enfin les cellules tumorales qui identiques, mais opposés, cest-à-dire jusquàexercent leurs effets dévastateurs vers les différents ce que leur somme, ou le gradienttissus de lorganisme quelles envahissent. électrochimique, soit égale à zéro. Il existe alors une différence de concentration ioniqueLe déplacement de telles cellules se fait par déterminée de part et dautre de la membraneglissement sur une base solide, comme pour les (concentration déquilibre) à laquelleamibes (E). Ceci est possible par endocytose du côté correspond un potentiel déterminé (potentielde la membrane sur la partie la plus éloignée du but à déquilibre).atteindre, par transport intracellulaire à travers la Le potentiel déquilibre Ex de lion « x » entrecellule à travers les vésicules dendocytose et leur tintérieur (i) et lextérieur (e) de la membraneréincorporation dans la paroi vasculaire, enfin par cellulaire est calculé daprès léquation deexocytose près du but à atteindre (E3). Les Nernst (cf. aussi p. 24) :fibroblastes renouvellent environ 2 % de lamembrane cellulaire/min par ce mécanisme. Ex = R.T.(F.z)-1.ln ([X]e/[X]i.), (5)Le cycle est complété par des déplacements R étant la constante des gaz (= 8.314 J • K-1 •obligatoires "davant en arrière", par des mouvements mol-1), T la température absolue (dans le corpssemblables à ceux dune chenille, des différentes = 310 K). F la constante de Faraday, donc larégions de la membrane cellulaire non impliquées charge par mole (= 9.45.104 A.s.mol-1), z ladans la pinocytose. Puisque la membrane cellulaire charge de lion (+ 1 pour K+, +2 pour Ca2+, -1des fibroblastes adhère surtout à la fibronectine de la pour Cl-, etc.). In le logarithme naturel et [X] lamatrice extracellulaire, la cellule se déplace en avant concentration « effective » de lion x. Pour lapar rapport à la matrice (E3). Ladhérence de la température du corps (310 K), R.T/F = 0.0267cellule requiert également la présence de récepteurs V-1. Si lon transforme maintenant In ( Me / Mi )spécifiques, par exemple la fibronectine dans le cas en -In ([X]e/[X]i) et également In en log (In = 2,3des fibroblastes. • log6). léquation (5) peut alors sécrire : Ex = -61.log ([X]i/[X]e) (mV). (6)Potentiels électriques dus aux processusde transport Par exemple, si lion x est K+. si [K+]i = 150 mmol/kgH2O et [K+]e = 5 mmol/kgH2O, leLe transport dions signifie un déplacement de potentiel déquilibre de K+ est alors Ek = - 90charge, cest-à-dire lapparition dun potentiel mV (cf. aussi p. 24 et p. 25. B).électrique. Par exemple, si des ions K+ diffusent Lorsque le potentiel déquilibre est atteint. lahors de la cellule, il se crée un potentiel de quantité dions qui se déplace selon le gradientdiffusion, au cours duquel la cellule devient chimique dans une direction est égale à lapositive à lextérieur par rapport à lintérieur. Si quantité dions repoussée par le potentiel enun ion de même charge diffuse également à sens inverse. La somme des deux, appeléecontre-courant ou si un ion de charge opposée courant ionique net, est donc nulle. Mais ce(tel Cl-) diffuse dans le même sens, ce potentiel courant sécarte de zéro lorsque le potentiel dede diffusion nest que transitoire. Par contre, si membrane de repos (Em séloigne du potentieldes ions non diffusibles (comme les protéines déquilibre (Ex). Le potentiel dentraînement duintracellulaires) ou si les ions concernés ne courant ionique net (Ix est donc Em-Ex). La loipeuvent franchir la membrane quen faibles dOhm pour le courant ionique (cf. p. 10quantités mais peuvent en revanche être équation (4)) sécrit donc :transportés activement en sens contraire (Na+).le potentiel de diffusion persiste (cf. p. 24). Mais gx = Ix / (Em –Ex) (7)il entraîne les ions K+ qui avaient diffusé hors (Unités : gx superficie de la membrane en S.m-2;de la cellule (diffusion le long dun gradient lx superficie de la membrane en A.m-2; E en V.)chimique) à nouveau vers lintérieur de la cellule(transport par potentiel, cf. p. 10). Dans la cellule au repos (cf. p. 24), Em≈ -70m V. Ek ≈ - 90mV et ENa ≈ +70mV.La diffusion des ions K+ demeure
  19. 19. Principes de base 15 canaux Ca2+ souvrent (relativement lentement)Ce qui donne pour Na+ un potentiel et, simultanément, la perméabilité des poresdentraînement de 140mV environ, pour K+ un aux ions K+ diminue. Les canaux Na+ souvrentpotentiel dentraînement denviron 20 mV (dans dans ce cas très rapidement, mais pour une trèsle sens opposé). Un lNa important est donc évité courte durée. On pense que ces pores Na+uniquement au repos, car gNa est très faible à ce disposent de deux « portes » successives, lunemoment-là (environ1/10-1/100 de gk. Par contre, étant ouverte au repos et lautre fermée.si les pores de Na+ souvrent brièvement au Lexcitation (dépolarisation, cf. p. 26) ouvremoment du potentiel dentraînement (cf. p. 26) {active} la « porte » précédemment fermée et(activation des canaux de Na+ ; cf. ci-dessous), ferme {inactive} aussitôt après la « porte »le Na+ pénètre alors très rapidement dans la précédemment ouverte. Au début du potentielcellule du fait du potentiel dentraînement élevé. daction, pendant le cours laps de temps où les deux « portes » sont ouvertes (conductancePour Na+, Ca2+, K+. Cl- et les autres ions, la Na+ élevée, cf. p. 26), le Na+ pénètre« conductance » de la membrane cellulaire est brusquement dans la cellule.généralement plus quune simple donnéephysique. En effet, dans de nombreuses Un potentiel daction ouvre des pores Ca2+ dansmembranes cellulaires, le flux passif de Na+ les terminaisons nerveuses pré-synaptiques;dirigé vers lintérieur est facilité par des le Ca2+ pénètre et active la libération detransporteurs qui peuvent simultanément neurotransmetteurs (cf. p. 54 et suiv.) ou lacotransporter le glucose ou les ions H+ dirigés libération dhormones (post-hypophysaires paren sens inverse (cf. p. 128). Dans dautres exemple, cf. p. 240).membranes cellulaires (nerf, muscle), il existe Lexocytose est également réglée dans lesdes canaux spécifiques pour les différents types cellules exocrines (comme dans le pancréas)dions, la conductance du canal pouvant par le flux de Ca2+ (cf. ci-dessous). Louverturesadapter (cf. ci-dessous). des pores de Ca2+, commandée par le potentielOn parle de transport électriquement neutre daction créé dans les tubules longitudinaux dulorsque, au cours du transport actif dions (par muscle squelettique, provoque la contractionex. Na+) par ce même mécanisme utilisant des musculaire (cf. p. 36 et suiv.).transporteurs, un ion de charge opposée (parex. Cl-) est transporté dans la même direction Un principe tout à fait général dans lorganismeou un ion de même charge (par ex. H+) dans la veut donc que des gradients électrochimiquesdirection opposée avec comme rapport de (milieu intracellulaire pauvre en Na+) soientcharge 1/1. Mais si 3 ions Na+ sont transportés utilisés par des « pompes » ioniques activesdans une direction et, simultanément, 2 ions K+ relativement lentes (par ex. Na+-K+-ATPase :dans lautre direction (par ex. pour la Na+ - K+ - env. 1 µmol.m-2.s-1) puis que les gradientsATPase). lion Na+ excédentaire développe un électrochimiques obtenus soient utilisés, par lepotentiel : on parle alors de transport élec- biais de la régulation de la perméabilitétrogène (ou rhéogène). membranaire passive (pores), pour les flux ioniques rapides (par ex. flux de Na+ lors du potentiel daction : env. 1 mmol • m-2 • s-1).Régulation de la perméabilité desmembranes aux ionsDans certaines cellules, la conductance aux 2+ Rôle des ions Ca lors de laions peut être modifiée par la présence de régulation des processus cellulairescanaux ou pores, généralement spécifiquesdun ion ou dun groupe dions, qui peuvent être Le Ca2+ est pour 50% environ lié aux protéinesouverts ou fermés par une sorte de « porte » plasmatiques et pour 50 % sous forme libre (cf.(gâte). Louverture de ces portes peut être p. 151 et p. 254). La forme libre (≈ 2,9 mmol/l)réglée par le niveau du potentiel cellulaire (par est largement prédominante dans le liquideexemple les fibres nerveuses et musculaires) ou interstitiel du fait de la faible concentration enêtre influencée par une substance chimique (par protéines. Dans le cytoplasme, donc à lintérieurexemple action postsynaptique de de la cellule, la concentration est beaucoup pluslacétylcholine, cf. p. 54; F). faible (≈0.1-0.01 µmol/l) ;Lors de lexcitation du muscle cardiaque. les ceci est la conséquence du transport actif qui
  20. 20. 16 Principes de baseF. Ouverture ou « perméabilité » des canaux ioniques. (1) Elle se fait obligatoirement par lemoyen dun ligand, par ex. un médiateur chimique comme lacétylcholine au niveau synaptique, ouune hormone, ou (2) par la dépolarisation dune membrane cellulaire, par ex. dune cellule nerveuse,musculaire ou épithéliale. Les canaux membranaires ou pores ne sont pas ouverts ou fermés demanière synchrone, mais la probabilité du canal dère ouvert ou fermé augmente ou diminue enfonction de ces mécanismes. La force résultante pour le passage des ions est la somme desgradients électrique (potentiel membranaire) et chimique (différence de concentration) des ions depart et dautre de la membrane, appelé communément gradient électrochimique. (Daprès B. Albertset coll. : Molecular biology of thé cell. Ist Ed. Garland. New York and London 1983. p. 299).

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