Transport moléculaire. Transport passif et actif de substances à travers la membrane

La plupart des processus vitaux, tels que l'absorption, l'excrétion, la conduction d'un influx nerveux, la contraction musculaire, la synthèse d'ATP, le maintien d'une composition ionique et d'une teneur en eau constantes, sont associés au transfert de substances à travers les membranes. Ce processus dans les systèmes biologiques est appelé le transport . L'échange de substances entre la cellule et son environnement se produit constamment. Les mécanismes de transport des substances dans et hors de la cellule dépendent de la taille des particules transportées. Les petites molécules et les ions sont transportés par la cellule directement à travers la membrane sous forme de transport passif et actif.

Transport passif réalisé sans dépense d'énergie, le long du gradient de concentration par simple diffusion, filtration, osmose ou diffusion facilitée.

La diffusion – pénétration des substances à travers la membrane le long du gradient de concentration (de la zone où leur concentration est la plus élevée vers la zone où leur concentration est la plus faible) ; ce processus se produit sans dépense d'énergie en raison du mouvement chaotique des molécules. Le transport diffus de substances (eau, ions) est réalisé avec la participation de protéines intégrales de la membrane, dans lesquelles se trouvent des pores moléculaires (canaux à travers lesquels passent les molécules dissoutes et les ions), ou avec la participation de la phase lipidique (pour les graisses -substances solubles). À l'aide de la diffusion, des molécules dissoutes d'oxygène et de dioxyde de carbone, ainsi que des poisons et des médicaments, pénètrent dans la cellule.

Riz. Types de transport à travers la membrane.1 - diffusion simple; 2 - diffusion à travers les canaux membranaires; 3 - diffusion facilitée à l'aide de protéines porteuses; 4 - transports actifs.

Diffusion facilitée. Le transport de substances à travers la bicouche lipidique par simple diffusion se produit à faible vitesse, en particulier dans le cas de particules chargées, et est presque incontrôlé. Par conséquent, au cours de l'évolution, des canaux membranaires et des supports membranaires spécifiques sont apparus pour certaines substances, qui contribuent à augmenter le taux de transfert et, en outre, effectuent sélectif le transport. Le transport passif de substances au moyen de transporteurs est appelé diffusion facilitée. Des protéines porteuses spéciales (perméase) sont intégrées à la membrane. Les perméases se lient sélectivement à l'un ou l'autre ion ou molécule et les transfèrent à travers la membrane. Dans ce cas, les particules se déplacent plus rapidement qu'avec la diffusion classique.

Osmose - l'entrée d'eau dans les cellules à partir d'une solution hypotonique.

Filtration - suintement de substances interstitielles vers des valeurs de pression inférieures. Un exemple de filtration dans le corps est le transfert d'eau à travers les parois des vaisseaux sanguins, pressant le plasma sanguin dans les tubules rénaux.

Riz. Mouvement des cations le long d'un gradient électrochimique.

transport actif. Si seul le transport passif existait dans les cellules, alors les concentrations, pressions et autres quantités à l'extérieur et à l'intérieur de la cellule seraient égales. Par conséquent, il existe un autre mécanisme qui fonctionne dans le sens contraire au gradient électrochimique et se produit avec la dépense d'énergie par la cellule. Le transfert de molécules et d'ions contre le gradient électrochimique, effectué par la cellule grâce à l'énergie des processus métaboliques, est appelé transport actif et n'est inhérent qu'aux membranes biologiques. Le transfert actif d'une substance à travers la membrane se produit en raison de l'énergie libre libérée lors de réactions chimiques à l'intérieur de la cellule. Le transport actif dans le corps crée des gradients de concentration, des potentiels électriques, des pressions, c'est-à-dire maintient la vie dans le corps.

Le transport actif consiste en le déplacement de substances contre un gradient de concentration à l'aide de protéines de transport (porines, ATPases, etc.), qui forment pompes à membrane, avec la dépense d'énergie ATP (pompe potassium-sodium, régulation de la concentration en ions calcium et magnésium dans les cellules, apport en monosaccharides, nucléotides, acides aminés). Trois principaux systèmes de transport actif ont été étudiés, qui assurent le transfert des ions Na, K, Ca, H à travers la membrane.

Mécanisme. Les ions K + et Na + sont inégalement répartis sur les différents côtés de la membrane : la concentration de Na + à l'extérieur > K + ions, et à l'intérieur de la cellule K + > Na + . Ces ions diffusent à travers la membrane dans le sens du gradient électrochimique, ce qui conduit à son alignement. Les pompes Na-K font partie des membranes cytoplasmiques et fonctionnent grâce à l'énergie d'hydrolyse des molécules d'ATP avec formation de molécules d'ADP et de phosphate inorganique F n: ATP \u003d ADP + P n. La pompe fonctionne de manière réversible: les gradients de concentration en ions favorisent la synthèse des molécules d'ATP à partir du mol-l ADP et F n: ADP + F n \u003d ATP.

La pompe Na + /K + est une protéine transmembranaire capable de changements conformationnels, à la suite desquels elle peut fixer à la fois "K +" et "Na +". En un cycle de fonctionnement, la pompe élimine trois "Na +" de la cellule et démarre deux "K +" en raison de l'énergie de la molécule d'ATP. La pompe sodium-potassium consomme près du tiers de toute l'énergie nécessaire à la vie de la cellule.

Non seulement les molécules individuelles, mais aussi les solides peuvent être transportés à travers la membrane ( phagocytose), solutions ( pinocytose). Phagocytose – capture et absorption de grosses particules(cellules, parties de cellules, macromolécules) et pinocytose – capter et absorber la matière liquide(solution, solution colloïdale, suspension). Les vacuoles pinocytaires résultantes varient en taille de 0,01 à 1-2 microns. Ensuite, la vacuole plonge dans le cytoplasme et se détache. Dans le même temps, la paroi de la vacuole pinocytaire conserve complètement la structure de la membrane plasmique qui lui a donné naissance.

Si une substance est transportée dans la cellule, ce mode de transport est appelé endocytose ( transfert dans la cellule par pino direct ou phagocytose), si à l'extérieur, alors - exocytose ( transport hors de la cellule par pino - ou phagocytose inverse). Dans le premier cas, une invagination se forme sur la face externe de la membrane, qui se transforme progressivement en bulle. La bulle se détache de la membrane à l'intérieur de la cellule. Une telle vésicule contient une substance transportée entourée d'une membrane bilipidique (vésicule). Par la suite, la vésicule fusionne avec certains organites cellulaires et y libère son contenu. Dans le cas de l'exocytose, le processus se déroule dans l'ordre inverse : la vésicule s'approche de la membrane par l'intérieur de la cellule, fusionne avec elle et éjecte son contenu dans l'espace intercellulaire.

Dans la membrane, il existe 2 types de systèmes protéiques intégraux spécialisés qui assurent le transport des ions à travers la membrane cellulaire : pompes ioniques et canaux ioniques. C'est-à-dire qu'il existe 2 principaux types de transport d'ions à travers la membrane : passif et actif.

Pompes ioniques et gradients ioniques transmembranaires

Pompes ioniques (pompes)- des protéines intégrales qui assurent un transfert actif d'ions contre le gradient de concentration. L'énergie pour le transport est l'énergie d'hydrolyse de l'ATP. Il existe une pompe Na + / K + (pompe Na + hors de la cellule en échange de K +), pompe Ca ++ (pompe Ca ++ hors de la cellule), pompe Cl– (pompe Cl - hors de la cellule) .

Suite au fonctionnement des pompes ioniques, des gradients ioniques transmembranaires sont créés et maintenus :

• la concentration de Na+, Ca++, Cl est plus faible à l'intérieur de la cellule qu'à l'extérieur (dans le liquide interstitiel) ;
• la concentration de K+ à l'intérieur de la cellule est plus élevée qu'à l'extérieur.

Le mécanisme de la pompe sodium-potassium. NCH ​​​​en un cycle transfère 3 ions Na + de la cellule et 2 ions K + dans la cellule. Cela est dû au fait que la molécule de protéine intégrale peut être en 2 positions. La molécule protéique qui forme le canal a un site actif qui se lie à Na+ ou K+. En position (conformation) 1, il fait face à l'intérieur de la cellule et peut fixer Na+. L'enzyme ATPase est activée, ce qui décompose l'ATP en ADP. En conséquence, la molécule est convertie en conformation 2. En position 2, elle fait face à l'extérieur de la cellule et peut attacher K+. Ensuite, la conformation change à nouveau et le cycle se répète.

canaux ioniques

canaux ioniques- des protéines intégrales qui assurent le transport passif des ions le long du gradient de concentration. L'énergie de transport est la différence de concentration des ions de part et d'autre de la membrane (gradient ionique transmembranaire).

Les canaux non sélectifs ont les propriétés suivantes:

• laisser passer tous les types d'ions, mais la perméabilité pour les ions K + est beaucoup plus élevée que pour les autres ions ;
• sont toujours ouverts.

Les canaux sélectifs ont les propriétés suivantes:

• ne laisse passer qu'un seul type d'ions ; chaque type d'ion possède son propre type de canaux ;
• peut être dans l'un des 3 états suivants : fermé, activé, inactivé.

La perméabilité sélective du canal sélectif est assurée filtre sélectif, qui est formé par un anneau d'atomes d'oxygène chargés négativement, qui est situé au point le plus étroit du canal.

Le changement d'état du canal est fourni par l'opération mécanisme de porte, qui est représenté par deux molécules de protéines. Ces molécules protéiques, appelées portes d'activation et portes d'inactivation, en modifiant leur conformation, peuvent bloquer le canal ionique.

Au repos, la porte d'activation est fermée, la porte d'inactivation est ouverte (le canal est fermé). Lorsqu'un signal est appliqué au système de porte, la porte d'activation s'ouvre et le transport des ions à travers le canal commence (le canal est activé). Avec une dépolarisation importante de la membrane cellulaire, la porte d'inactivation se ferme et le transport des ions s'arrête (le canal est inactivé). Lorsque le niveau du potentiel de repos est rétabli, le canal revient à son état d'origine (fermé).

En fonction du signal qui provoque l'ouverture de la porte d'activation, les canaux ioniques sélectifs sont divisés en :

• canaux chimiosensibles– un signal d'ouverture de la porte d'activation est un changement de conformation de la protéine réceptrice associée au canal suite à l'attachement d'un ligand à celui-ci ;
• canaux sensibles à la tension- un signal pour ouvrir la porte d'activation est une diminution du potentiel de repos (dépolarisation) de la membrane cellulaire à un certain niveau, appelé niveau critique de dépolarisation(KUD).

Il existe plusieurs mécanismes de transport de substances à travers la membrane.

La diffusion- la pénétration des substances à travers la membrane selon le gradient de concentration (de la zone où leur concentration est la plus élevée vers la zone où leur concentration est la plus faible). Le transport diffus de substances (eau, ions) est réalisé avec la participation de protéines membranaires, qui ont des pores moléculaires, ou avec la participation de la phase lipidique (pour les substances liposolubles).

Avec diffusion facilitée des protéines porteuses membranaires spéciales se lient sélectivement à l'un ou l'autre ion ou molécule et les transportent à travers la membrane le long d'un gradient de concentration.

transport actif est associé à des coûts énergétiques et sert à transporter des substances contre leur gradient de concentration. Il réalisée par des protéines porteuses spéciales, qui forment le soi-disant pompes ioniques. La plus étudiée est la pompe Na-/K- dans les cellules animales, qui pompe activement les ions Na+ vers l'extérieur, tout en absorbant les ions K. De ce fait, une grande concentration de K- et une concentration inférieure de Na+ sont maintenues dans la cellule par rapport à à l'environnement. Ce processus consomme l'énergie de l'ATP. Grâce au transport actif à l'aide d'une pompe à membrane, la concentration de Mg2- et de Ca2+ est également régulée dans la cellule. diffusion cellulaire membranaire ionique

Au cours du transport actif des ions dans la cellule, divers sucres, nucléotides et acides aminés pénètrent à travers la membrane cytoplasmique.

Les macromolécules de protéines, acides nucléiques, polysaccharides, complexes lipoprotéiques, etc. ne traversent pas les membranes cellulaires, contrairement aux ions et aux monomères. Le transport des macromolécules, de leurs complexes et de leurs particules dans la cellule se produit d'une manière complètement différente - par endocytose. À endocytose (endo... - à l'intérieur) une certaine section du plasmalemme capture et, pour ainsi dire, enveloppe le matériel extracellulaire, l'enfermant dans une vacuole membranaire apparue à la suite d'une invagination membranaire. Par la suite, une telle vacuole est connectée à un lysosome, dont les enzymes décomposent les macromolécules en monomères.

Le processus inverse de l'endocytose est exocytose (exo... - à l'extérieur). Grâce à lui, la cellule élimine les produits intracellulaires ou résidus non digérés enfermés dans des vacuoles ou des vésicules. La vésicule se rapproche de la membrane cytoplasmique, fusionne avec elle et son contenu est libéré dans l'environnement. Comment les enzymes digestives, les hormones, l'hémicellulose, etc. sont excrétées.

Ainsi, les membranes biologiques, en tant qu'éléments structurels principaux de la cellule, servent non seulement de frontières physiques, mais de surfaces fonctionnelles dynamiques. Sur les membranes des organites, de nombreux processus biochimiques sont effectués, tels que l'absorption active de substances, la conversion d'énergie, la synthèse d'ATP, etc.

• · barrière - fournit un métabolisme régulé, sélectif, passif et actif avec l'environnement. Par exemple, la membrane des peroxysomes protège le cytoplasme des peroxydes dangereux pour la cellule. La perméabilité sélective signifie que la perméabilité d'une membrane à divers atomes ou molécules dépend de leur taille, de leur charge électrique et de leur propriétés chimiques. La perméabilité sélective assure la séparation des cellules et compartiments cellulaires de l'environnement et leur fournir les substances nécessaires.
• · transport - à travers la membrane, il y a un transport de substances dans la cellule et hors de la cellule. Le transport à travers les membranes assure : l'apport de nutriments, l'élimination des produits finaux du métabolisme, la sécrétion de diverses substances, la création de gradients ioniques, le maintien d'un pH optimal dans la cellule et la concentration des ions nécessaires au fonctionnement de enzymes cellulaires. Particules qui, pour une raison quelconque, sont incapables de traverser la bicouche phospholipidique (par exemple, en raison de propriétés hydrophiles, car la membrane est hydrophobe à l'intérieur et ne laisse pas passer les substances hydrophiles, ou en raison de leur grande taille), mais nécessaires à la cellule , peut pénétrer la membrane par des protéines porteuses spéciales (transporteurs) et des protéines de canal ou par endocytose.

À transport passif les substances traversent la bicouche lipidique sans dépenser d'énergie le long du gradient de concentration par diffusion. Une variante de ce mécanisme est la diffusion facilitée, dans laquelle une molécule spécifique aide une substance à traverser la membrane. Cette molécule peut avoir un canal qui ne laisse passer qu'un seul type de substance.

transport actif nécessite de l'énergie, car il se produit contre le gradient de concentration. Il existe des protéines de pompe spéciales sur la membrane, y compris l'ATPase, qui pompe activement les ions potassium (K+) dans la cellule et en extrait les ions sodium (Na+).

• • matrice - fournit une certaine position relative et l'orientation des protéines membranaires, leur interaction optimale.
• Mécanique - assure l'autonomie de la cellule, ses structures intracellulaires, ainsi que la connexion avec d'autres cellules (dans les tissus). Les parois cellulaires jouent un rôle important dans la fonction mécanique et chez les animaux - la substance intercellulaire.
• énergie - lors de la photosynthèse dans les chloroplastes et de la respiration cellulaire dans les mitochondries, des systèmes de transfert d'énergie fonctionnent dans leurs membranes, auxquelles participent également des protéines;
• Récepteur - certaines protéines situées dans la membrane sont des récepteurs (molécules avec lesquelles la cellule perçoit certains signaux).

Par exemple, les hormones circulant dans le sang n'agissent que sur les cellules cibles qui possèdent des récepteurs correspondant à ces hormones. Neurotransmetteurs ( substances chimiques, qui assurent la conduction de l'influx nerveux) se lient également à des protéines réceptrices spécifiques des cellules cibles.

• enzymatique - les protéines membranaires sont souvent des enzymes. Par exemple, les membranes plasmiques des cellules épithéliales intestinales contiennent des enzymes digestives.
• · Mise en œuvre de la génération et de la conduction de biopotentiels.

A l'aide de la membrane, une concentration constante d'ions est maintenue dans la cellule: la concentration de l'ion K + à l'intérieur de la cellule est beaucoup plus élevée qu'à l'extérieur, et la concentration de Na + est beaucoup plus faible, ce qui est très important, car cela maintient la différence de potentiel à travers la membrane et génère une impulsion nerveuse.

marquage cellulaire - il y a des antigènes sur la membrane qui agissent comme des marqueurs - des "étiquettes" qui permettent d'identifier la cellule. Ce sont des glycoprotéines (c'est-à-dire des protéines auxquelles sont attachées des chaînes latérales oligosaccharidiques ramifiées) qui jouent le rôle d'« antennes ». En raison de la myriade de configurations de chaînes latérales, il est possible de fabriquer un marqueur spécifique pour chaque type de cellule. À l'aide de marqueurs, les cellules peuvent reconnaître d'autres cellules et agir de concert avec elles, par exemple lors de la formation d'organes et de tissus. Il permet également au système immunitaire de reconnaître les antigènes étrangers.

Résumé de la conférence numéro 3.

Sujet. Niveaux subcellulaires et cellulaires d'organisation du vivant.

La structure des membranes biologiques.

La base de la membrane biologique de tous les organismes vivants est une double structure phospholipidique. Les phospholipides des membranes cellulaires sont des triglycérides, dont l'un des Les acides gras remplacé par de l'acide phosphorique. Les "têtes" hydrophiles et les "queues" hydrophobes des molécules de phospholipides sont orientées de sorte qu'apparaissent deux rangées de molécules dont les têtes recouvrent les "queues" de l'eau.

Des protéines de différentes tailles et formes sont intégrées dans une telle structure phospholipidique.

Les propriétés individuelles et les caractéristiques de la membrane sont principalement déterminées par les protéines. Une composition protéique différente détermine la différence dans la structure et les fonctions des organites de toute espèce animale. L'effet de la composition des lipides membranaires sur leurs propriétés est beaucoup plus faible.

Transport de substances à travers les membranes biologiques.

Le transport de substances à travers la membrane est divisé en passif (sans coûts énergétiques le long du gradient de concentration) et actif (avec coûts énergétiques).

Transport passif : diffusion, diffusion facilitée, osmose.

La diffusion est le mouvement des particules dissoutes dans le milieu d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration (dissolution du sucre dans l'eau).

La diffusion facilitée est une diffusion à l'aide d'une protéine canal (entrée du glucose dans les érythrocytes).

L'osmose est le mouvement des particules de solvant d'une zone à faible concentration d'un soluté vers une zone à forte concentration (un érythrocyte gonfle et éclate dans l'eau distillée).

Le transport actif se divise en transport associé à une modification de la forme de la membrane et transport par protéines-enzymes-pompes.

À son tour, le transport associé à un changement de forme des membranes est divisé en trois types.

La phagocytose est la capture d'un substrat dense (leucocyte-macrophage capture une bactérie).

La pinocytose est la capture de fluides (nutrition des cellules de l'embryon aux premiers stades du développement intra-utérin).

Le transport par protéines-enzymes-pompes est le mouvement d'une substance à travers la membrane à l'aide de protéines porteuses intégrées dans la membrane (transport des ions sodium et potassium "depuis" et "dans" la cellule, respectivement).

Par direction, le transport est divisé en exocytose(hors de la cellule) et endocytose(dans une cellule).

Classification des éléments constitutifs de la cellule menée selon différents critères.

Selon la présence de membranes biologiques, les organites sont divisés en deux membranes, une membrane et non membranes.

Selon leurs fonctions, les organites peuvent être divisés en non spécifiques (universels) et spécifiques (spécialisés).

Par valeur en cas de dommage vital et récupérable.

En appartenant à différents groupes d'êtres vivants dans les plantes et les animaux.

Les organites membranaires (à une et deux membranes) ont une structure similaire en termes de chimie.

organites à double membrane.

Noyau. Si les cellules d'un organisme ont un noyau, elles sont appelées eucaryotes. L'enveloppe nucléaire a deux membranes étroitement espacées. Entre eux se trouve l'espace périnucléaire. Il y a des trous dans l'enveloppe nucléaire - les pores. Les nucléoles sont les parties du noyau responsables de la synthèse de l'ARN. Dans les noyaux de certaines cellules de femmes, 1 corps de Barr est normalement sécrété - un chromosome X inactif. Lorsque le noyau se divise, tous les chromosomes deviennent visibles. En dehors de la division, les chromosomes ne sont généralement pas visibles. Jus nucléaire - caryoplasme. Le noyau assure le stockage et le fonctionnement de l'information génétique.

Mitochondries. La membrane interne a des crêtes qui augmentent la surface interne pour les enzymes d'oxydation aérobies. Les mitochondries ont leur propre ADN, ARN, ribosomes. La fonction principale est l'achèvement de l'oxydation et de la phosphorylation de l'ADP

ADP+P=ATP.

Plastides (chloroplastes, chromoplastes, leucoplastes). Les plastes ont leurs propres acides nucléiques et ribosomes. Dans le stroma des chloroplastes, il y a des membranes en forme de disque collectées en tas, où se trouve la chlorophylle responsable de la photosynthèse.

Les chromoplastes ont des pigments qui déterminent la couleur jaune, rouge et orange des feuilles, des fleurs et des fruits.

Les leucoplastes stockent les nutriments.

Organites à membrane unique.

La membrane cytoplasmique externe sépare la cellule de environnement externe. La membrane contient des protéines qui remplissent différentes fonctions. Il existe des protéines réceptrices, des protéines enzymatiques, des protéines de pompe et des protéines de canal. La membrane externe a une perméabilité sélective, permettant le transport de substances à travers la membrane.

Dans certaines membranes, des éléments du complexe supra-membranaire sont isolés - la paroi cellulaire chez les plantes, le glycocalyx et les microvillosités des cellules épithéliales intestinales chez l'homme.

Il existe un appareil de contact avec les cellules voisines (par exemple, desmosomes) et un complexe sous-membranaire (structures fibrillaires) qui assure la stabilité et la forme de la membrane.

Le réticulum endoplasmique (RE) est un système de membranes qui forment des réservoirs et des canaux pour les interconnexions au sein de la cellule.

Il existe des EPS granuleux (rugueux) et lisses.

Le réticulum endoplasmique granulaire contient des ribosomes où se déroule la synthèse des protéines.

Sur le RE lisse, les lipides et les glucides sont synthétisés, le glucose est oxydé (une étape sans oxygène) et les substances endogènes et exogènes (xénobiotiques étrangères, y compris médicinales) sont neutralisées. Pour la neutralisation sur RE lisse, il existe des protéines enzymatiques qui catalysent 4 grands types de réactions chimiques : oxydation, réduction, hydrolyse, synthèse (méthylation, acétylation, sulfatation, glucuronidation). En collaboration avec l'appareil de Golgi, ER participe à la formation de lysosomes, de vacuoles et d'autres organites à membrane unique.

L'appareil de Golgi (complexe lamellaire) est un système compact de réservoirs à membrane plate, de disques, de vésicules, qui est étroitement lié à l'EPS. Le complexe lamellaire participe à la formation de membranes (par exemple, pour les lysosomes et les granules de sécrétion) qui séparent les enzymes hydrolytiques et d'autres substances du contenu de la cellule.

Les lysosomes sont des vésicules contenant des enzymes hydrolytiques. Les lysosomes sont activement impliqués dans la digestion intracellulaire, dans la phagocytose. Ils digèrent les objets capturés par la cellule, fusionnant avec les vésicules pinocytaires et phagocytaires. Ils peuvent digérer leurs propres organites usés. Les lysosomes de phage assurent une protection immunitaire. Les lysosomes sont dangereux car lorsque leur membrane est détruite, une autolyse (autodigestion) de la cellule peut se produire.

Les peroxysomes sont de petits organites à membrane unique contenant l'enzyme catalase, qui neutralise le peroxyde d'hydrogène. Les peroxysomes sont des organites qui protègent les membranes de la peroxydation des radicaux libres.

Les vacuoles sont des organites à membrane unique caractéristiques des cellules végétales. Leurs fonctions sont associées au maintien de la turgescence et (ou) au stockage des substances.

organites non membranaires.

Les ribosomes sont des ribonucléoprotéines constituées de grandes et petites sous-unités d'ARNr. Les ribosomes sont le site d'assemblage des protéines.

Les structures fibrillaires (filamenteuses) sont les microtubules, les filaments intermédiaires et les microfilaments.

Microtubules. Dans leur structure, ils ressemblent à des perles dont le fil est enroulé en une spirale à ressort dense. Chaque "bille" est une protéine de tubuline. Le diamètre du tube est de 24 nm. Les microtubules font partie d'un système de canaux qui assurent le transport intracellulaire de substances. Ils renforcent le cytosquelette, participent à la formation du fuseau de division, des centrioles du centre cellulaire, des corps basaux, des cils et des flagelles.

Le centre cellulaire est une section du cytoplasme avec deux centrioles formés de 9 triplets (3 microtubules chacun). Ainsi, chaque centriole est constitué de 27 microtubules. On pense que le centre cellulaire est à la base de la formation des filaments de fuseau de la division cellulaire.

Les corps basaux sont les bases des cils et des flagelles. En coupe transversale, les cils et les flagelles ont neuf paires de microtubules autour de la circonférence et une paire au centre, pour un total de 18 + 2 = 20 microtubules. Les cils et les flagelles assurent le mouvement des micro-organismes et des cellules (spermatozoïdes) dans leur habitat.

Les filaments intermédiaires ont un diamètre de 8 à 10 nm. Ils assurent les fonctions du cytosquelette.

Les microfilaments d'un diamètre de 5 à 7 nm sont principalement constitués de protéine d'actine. En interaction avec la myosine, ils sont responsables non seulement des contractions musculaires, mais également de l'activité contractile des cellules non musculaires. Ainsi, les modifications de la forme de la membrane au cours de la phagocytose et l'activité des microvillosités s'expliquent par le travail des microfilaments.

Parfois il faut qu'à l'intérieur concentration cellulaire d'une substanceétait élevé même à de faibles concentrations dans le liquide extracellulaire (par exemple, pour les ions potassium). À l'inverse, il est important de maintenir faible la concentration des autres ions à l'intérieur de la cellule, malgré leurs concentrations élevées à l'extérieur de la cellule (par exemple, pour les ions sodium). Dans aucun de ces deux cas, cela ne peut être réalisé par simple diffusion, dont le résultat est toujours une égalisation de la concentration des ions de part et d'autre de la membrane. Pour créer un mouvement excessif d'ions potassium dans la cellule et d'ions sodium - vers l'extérieur, une certaine source d'énergie est nécessaire. Le processus de mouvement des molécules ou des ions à travers la membrane cellulaire contre un gradient de concentration (ou contre un gradient électrique, ainsi qu'un gradient de pression) est appelé transport actif.

Aux substances actives transportableà travers au moins certaines membranes cellulaires, comprennent le sodium, le potassium, le calcium, le fer, l'hydrogène, le chlore, l'iode, l'acide urique, certains sucres et la plupart des acides aminés.

Principalement actif et transport actif secondaire. Selon la source d'énergie utilisée, le transport actif est divisé en deux types : l'actif primaire et l'actif secondaire. Pour le transport actif primaire, l'énergie est extraite directement de la décomposition de l'adénosine triphosphate ou de certains autres composés phosphatés à haute énergie. Le transport secondairement actif est assuré par l'énergie secondaire, accumulée sous la forme d'une différence des concentrations de substances secondaires, molécules ou ions, de part et d'autre de la membrane cellulaire créée initialement par le transport actif primaire. Dans les deux cas, comme dans la diffusion facilitée, le transport dépend des protéines porteuses pénétrant dans la membrane cellulaire. Cependant, les fonctions des protéines porteuses dans le transport actif diffèrent de la diffusion facilitée, puisque dans le premier cas, les protéines sont capables de transférer de l'énergie à la substance transportée afin de la déplacer contre le gradient électrochimique. Voici des exemples de transport actif primaire et secondaire avec des explications plus détaillées sur les principes de leur fonctionnement.

Pompe sodium-potassium

À substances, qui sont transportés par transport actif primaire, comprennent le sodium, le potassium, le calcium, l'hydrogène, le chlore et certains autres ions.
Mécanisme de transport actif mieux étudié pour la pompe sodium-potassium (pompe Na + / K +), un processus de transport qui pompe les ions sodium à travers la membrane cellulaire vers l'extérieur et en même temps pompe les ions potassium dans la cellule. Cette pompe est responsable du maintien de différentes concentrations d'ions sodium et potassium de part et d'autre de la membrane, ainsi que de la présence d'un potentiel électrique négatif à l'intérieur des cellules. (Le chapitre 5 montrera qu'il est aussi à la base du processus de transmission des impulsions dans le système nerveux.)

Protéine porteuse représentée par un complexe de deux protéines globulaires distinctes : une plus grande appelée sous-unité alpha, avec un poids moléculaire d'environ 100 000, et une plus petite, appelée sous-unité bêta, avec un poids moléculaire d'environ 55 000. Bien que la fonction de la plus petite protéine est inconnue (sauf qu'elle peut ancrer le complexe protéique dans la membrane lipidique), la grande protéine a trois caractéristiques spécifiques qui sont importantes pour la fonction de pompe.

1. Sur la partie de la protéine faisant saillie dans la cellule, il existe trois sites récepteurs pour la liaison des ions sodium.
2. Sur la partie externe de la protéine, il existe deux sites récepteurs pour la liaison des ions potassium.
3. La partie interne de la protéine, située près des sites de liaison des ions sodium, a une activité ATPase.

Considérez le fonctionnement de la pompe. Lorsque 2 ions potassium se lient à la protéine porteuse depuis l'extérieur et 3 ions sodium s'y lient à l'intérieur, la fonction ATPase de la protéine est activée. Cela conduit à la scission d'une molécule d'ATP en ADP, libérant l'énergie d'une liaison phosphate à haute énergie. On pense que cette énergie libérée provoque un changement chimique et conformationnel dans la molécule de protéine porteuse, à la suite de quoi 3 ions sodium se déplacent vers l'extérieur et 2 ions potassium pénètrent dans la cellule.

Comme d'autres enzymes, Na-K+-ATP-aza peut aussi fonctionner en sens inverse. Avec une augmentation expérimentale des gradients électrochimiques pour Na + et K + à des valeurs telles que l'énergie accumulée en eux devient supérieure à l'énergie chimique de l'hydrolyse de l'ATP, ces ions se déplaceront le long de leurs gradients de concentration, et Na + / K + -Hacoc va synthétiser l'ATP à partir d'ADP et de phosphate. Par conséquent, la forme phosphorylée de la pompe Na + / K + peut soit être un donneur de phosphate pour la synthèse d'ATP à partir d'ADP, soit utiliser de l'énergie pour modifier sa conformation et pomper le sodium hors de la cellule et le potassium dans la cellule. Les concentrations relatives d'ATP, d'ADP et de phosphate, ainsi que les gradients électrochimiques pour le sodium et le potassium, déterminent la direction de la réaction enzymatique. Pour certaines cellules, telles que les cellules nerveuses électriquement actives, 60 à 70% de l'énergie totale consommée par la cellule est dépensée pour éliminer le sodium et entrer le potassium.