MEMBRANES SEMI-PERMÉABLES: CARACTÉRISTIQUES, TRANSPORT, FONCTIONS - LA BIOLOGIE - 2025

Les membranes semi-perméables, également appelées «sélectivement perméables», sont des membranes qui permettent le passage de certaines substances, mais empêchent le passage d'autres à travers celles-ci. Ces membranes peuvent être naturelles ou synthétiques.

Les membranes naturelles sont les membranes de toutes les cellules vivantes, tandis que les membranes synthétiques, qui peuvent être d'origine naturelle (cellulose) ou non, sont celles qui sont synthétisées pour différents usages.

Représentation schématique d'une membrane semi-perméable (Source: Adam Rędzikowski via Wikimedia Commons)

Un exemple de l'utilité des membranes semi-perméables artificielles ou synthétiques sont celles utilisées pour les machines de dialyse rénale, ou celles utilisées pour filtrer des mélanges dans l'industrie ou dans différents procédés chimiques.

Le passage de substances à travers une membrane semi-perméable se produit par divers mécanismes. Dans les membranes cellulaires et synthétiques, cela peut se produire par diffusion à travers des pores de différents diamètres, qui «sélectionnent» par taille les substances qui traversent la membrane. Il peut également arriver que des substances pénètrent par diffusion en se dissolvant dans la membrane.

Dans les cellules vivantes, le passage de substances à travers les membranes peut se produire au moyen de transporteurs agissant pour ou contre les gradients de concentration des substances. Un gradient, dans ce cas, est la différence de concentration d'une substance des deux côtés d'une membrane.

Toutes les cellules sur terre ont des membranes, celles-ci protègent et séparent leurs composants internes de l'environnement externe. Sans membranes, il n'y a pas de cellules et sans cellules, il n'y a pas de vie.

Etant donné que ces membranes sont l'exemple le plus courant de membranes semi-perméables, un accent particulier sera mis sur celles-ci ci-après.

caractéristiques

Les premières études visant à élucider les composants des membranes biologiques ont été réalisées à l'aide de globules rouges. Dans ces études, la présence d'une double couche formant les membranes a été mise en évidence puis il a été découvert que les composants de ces couches étaient des lipides et des protéines.

Toutes les membranes biologiques sont constituées d'une double matrice lipidique qui a différents types de protéines «incorporées».

La matrice lipidique des membranes cellulaires est constituée d'acides gras saturés et insaturés; ces derniers confèrent à la membrane une certaine fluidité.

Les lipides sont disposés de telle sorte qu'ils forment une bicouche dans laquelle chaque lipide, qui a une tête hydrophile (qui a une affinité pour l'eau) et une ou deux queues hydrophobes (phobie de l'eau, repousse l'eau), a des queues d'hydrocarbures. face à face au centre de la structure.

Les phospholipides sont les lipides les plus abondants qui composent les membranes biologiques. Ceux-ci comprennent la phosphatidylcholine, le phosphatidylinositol, la phosphatidyléthanolamine et la phosphatidylsérine.

Exemple de membrane biologique semi-perméable (Source: LadyofHats via Wikimedia Commons)

Parmi les lipides membranaires, il y a aussi le cholestérol et les glycolipides, tous ayant des propriétés amphipathiques.

Les protéines des membranes semi-perméables sont de plusieurs types (certaines d'entre elles peuvent avoir une activité enzymatique):

(1) ceux qui forment des canaux ioniques ou des pores

(2) protéines de transport

(3) protéines qui lient une région cellulaire à une autre et permettent aux tissus de se former

(4) protéines réceptrices qui se lient aux cascades intracellulaires et

Transport

Dans une membrane biologique semi-perméable, le transport peut se faire par simple diffusion, diffusion facilitée, co-transport, transport actif et transport actif secondaire.

Transport de diffusion simple

Dans ce type de transport, l'énergie qui déplace les substances à travers la membrane est la différence de concentration qui existe pour ces substances des deux côtés de la membrane.

Ainsi, les substances passent dans un sens plus → moins, c'est-à-dire de l'endroit où elles sont le plus concentrées à l'endroit où elles sont moins concentrées.

La diffusion peut se produire parce que la substance est diluée dans la membrane ou passe à travers les pores ou les canaux. Les pores ou canaux sont de deux types: ceux qui sont toujours ouverts et ceux qui s'ouvrent et se ferment, c'est-à-dire qu'ils sont temporairement ouverts.

Les pores qui sont ouverts de manière transitoire peuvent à leur tour être (1) dépendants de la tension, c'est-à-dire qu'ils s'ouvrent en réponse à une certaine tension et (2) dépendants du ligand, qui doivent se lier à un produit chimique spécifique pour s'ouvrir.

Transport par diffusion facilitée

Dans ce cas, un transporteur déplace la substance à transporter d'un côté de la membrane à l'autre. Ces transporteurs sont des protéines membranaires qui peuvent être en permanence sur la membrane ou dans des vésicules qui fusionnent avec elle en cas de besoin.

Ces transporteurs travaillent également en faveur des gradients de concentration des substances qu'ils transportent.

Ces types de transport ne nécessitent pas de consommation d'énergie et sont donc appelés transports passifs, car ils interviennent en faveur d'un gradient de concentration.

Co-transport

Un autre type de transport passif à travers des membranes semi-perméables est appelé cotransport. Dans ce cas, le gradient de concentration d'une substance est utilisé pour le transport concomitant d'une autre contre son gradient.

Ce type de transport peut se présenter sous deux formes: symport, où les deux substances sont transportées dans le même sens, et antisport, dans lequel une substance est transportée dans un sens et l'autre dans le sens opposé.

Transport actif de la membrane

Ceux-ci nécessitent de l'énergie et ceux qui sont connus utilisent de l'ATP, c'est pourquoi ils sont appelés ATPases. Ces transporteurs à activité enzymatique hydrolysent l'ATP pour obtenir l'énergie nécessaire au déplacement des substances contre leur gradient de concentration.

Trois types d'ATPases sont connus:

Les pompes Na + / K + et les pompes à calcium (ATPases calciques). Ceux-ci ont une structure formée par une sous-unité α et ß noyée dans la membrane.

ATPases V et ATPases F, qui ont une forme de tige caractéristique composée de plusieurs sous-unités et d'une tête qui tourne autour des sous-unités de tige.

Les ATPases V servent à pomper des ions hydrogène contre un gradient de concentration, dans l'estomac et dans les lysosomes par exemple. Dans certaines vésicules, comme les dopaminergiques, il existe des bombes à hydrogène de ce type qui pompent du H + dans les vésicules.

Les F ATPases tirent parti du gradient H + pour traverser sa structure et prendre l'ADP et le P et former de l'ATP, c'est-à-dire qu'au lieu d'hydrolyser l'ATP, elles le synthétisent. Ceux-ci se trouvent dans les membranes des mitochondries.

Transport actif secondaire

C'est ce transport qui, en utilisant le gradient électrochimique généré par une ATPase, entraîne une autre substance contre le gradient. Autrement dit, le transport de la seconde substance contre son gradient de concentration n'est pas directement couplé à l'utilisation d'ATP par la molécule de transport.

Caractéristiques

Dans les cellules vivantes, la présence de membranes semi-perméables permet de maintenir en leur sein des concentrations de substances totalement différentes des concentrations des mêmes substances dans l'environnement extracellulaire.

Cependant, malgré ces différences de concentration et ces canaux ou pores ouverts pour certaines substances, ces molécules ne s'échappent ni n'entrent, sauf si certaines conditions sont nécessaires ou modifiées.

La raison de ce phénomène est qu'il existe un équilibre électrochimique qui fait compenser les différences de concentration à travers les membranes par le gradient électrique généré par les ions diffusibles et cela se produit parce que certaines substances ne peuvent pas s'échapper à l'intérieur des cellules..

Références

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Biologie cellulaire essentielle. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. et Walter, P. (2008). Biologie moléculaire de la cellule (5e éd.). New York: Garland Science, Taylor & Francis Group.
3. Berne, R. et Levy, M. (1990). Physiologie. Mosby; Édition internationale Ed.
4. Fox, SI (2006). Physiologie humaine (9e éd.). New York, États-Unis: McGraw-Hill Press.
5. Luckey, M. (2008). Biologie structurale membranaire: avec fondements biochimiques et biophysiques. La presse de l'Universite de Cambridge.