chapitre 7 Structure et fonction des membranes 147
3. FAItes des lIens Les aquaporines bloquent le
passage des ions hydronium (H 3 O
1
; voir la p. 56).
Or, la recherche récente sur le métabolisme lipidique
montre que certaines aquaporines permettent le
passage du glycérol, un trialcool à trois atomes
de carbone (voir la figure 5.10, p. 83), et de l’eau.
Sachant que la taille de l’ion hydronium est beaucoup plus proche de celle d’une molécule d’eau
que de celle d’une molécule de glycérol, comment
pourriezvous expliquer cette sélectivité ?
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
7.3
Le transport passif
est la diffusion à travers une
membrane sans dépense d’énergie
Les molécules possèdent un type d’énergie appelée énergie
thermique (chaleur) provenant de leur mouvement perpétuel.
La diffusion, soit la tendance que les substances ont à se
répartir uniformément dans un milieu, découle de cette propriété. Le déplacement de chaque molécule se fait de façon
aléatoire, mais la diffusion d’une population de molécules peut
s’orienter dans une direction précise. Pour comprendre ce processus, imaginez qu’une membrane synthétique sépare de l’eau
distillée d’une solution aqueuse de colorant. Étudiez attentivement la figure 7.13a pour saisir comment la diffusion amènerait les molécules de colorant à se répartir de part et d’autre de
la membrane en concentration égale dans les deux solutions. Il
s’ensuivrait alors un équilibre dynamique : le nombre de molécules de colorant traversant à chaque seconde la membrane
vers la gauche serait égal au nombre de molécules de colorant
qui la franchiraient en se dirigeant vers la droite.
Nous pouvons maintenant énoncer une règle de base de la
diffusion : dans des conditions normales, une substance diffuse de l’endroit où elle est le plus concentrée vers l’endroit où
elle l’est le moins. En d’autres termes, toute substance diffuse
suivant son gradient de concentration – la zone le long
de laquelle la densité d’une substance chimique augmente ou
diminue (comme c’est le cas ici). Ce phénomène ne nécessite
aucune autre énergie que celle des molécules en mouvement :
la diffusion se produit spontanément. Remarquez que chaque
substance se répand suivant son propre gradient de concentration, sans égard aux différences de concentration des autres
substances (figure 7.13b).
Une bonne partie des échanges transmembranaires se
fait par diffusion. Chaque fois qu’elle se trouve plus concentrée d’un côté de la membrane que de l’autre, une substance
tend à diffuser, suivant son gradient de concentration, à
travers la membrane (à condition que celleci lui soit perméable). L’absorption d’oxygène en vue de la respiration
cellulaire constitue un excellent exemple de diffusion simple.
Le dioxygène dissous diffuse vers l’intérieur de la cellule.
Cela se poursuit tant que la respiration cellulaire le consomme,
car le gradient de concentration favorise le mouvement dans
cette direction.
Ce processus est efficace en raison des dimensions
microscopiques de la cellule : si elle était plus volumineuse,
les distances à franchir seraient trop grandes et la vitesse
avec laquelle se produit la diffusion ne pourrait répondre
adéquatement aux besoins cellulaires (il a été démontré
que le temps de diffusion est proportionnel au carré de la
distance à franchir).
La diffusion d’une substance à travers une membrane biologique est un mode de transport passif, car elle ne requiert
aucune dépense d’énergie de la cellule. (Le gradient de concentration luimême représente de l’énergie potentielle [voir le
chapitre 2, p. 35] et alimente la diffusion.) Rappelezvous,
cependant, que la perméabilité sélective influe sur la vitesse de
diffusion des différentes molécules. Dans le cas de l’eau, les
aquaporines lui permettent de diffuser très rapidement à travers la membrane de certaines cellules. Le passage de l’eau à
travers la membrane plasmique a des conséquences importantes
pour les cellules.
m Figure 7.13 La diffusion de solutés à travers une membrane.
Les flèches de couleur sous les diagrammes montrent la diffusion nette
des molécules de colorant de cette couleur.
(a)
(b)
Molécules de colorant
EAU
Diffusion nette
Diffusion nette
Équilibre
Diffusion nette
Équilibre
Diffusion nette
Diffusion nette
Équilibre
Diffusion nette
Membrane (coupe transversale)
Diffusion d’un soluté en milieu aqueux. Les pores de la membrane
sont assez grands pour laisser passer l’eau et les molécules de colorant
dissoutes. Le mouvement aléatoire des molécules de colorant fait passer
quelques molécules par les pores ; cela se produit plus souvent du côté
où il y a davantage de molécules de colorant. Le colorant diffuse de la
zone où il est le plus concentré vers la zone où il est le moins concentré,
c’est-à-dire suivant son gradient de concentration, et ce jusqu’à
l’équilibre. Les molécules de soluté continuent de traverser la
membrane, mais à vitesse égale dans les deux directions.
Diffusion simultanée de deux solutés en milieu aqueux. Deux
solutions de couleurs différentes sont séparées par une membrane
perméable aux deux colorants. Les molécules de chaque colorant
diffusent suivant leur propre gradient de concentration. Le colorant violet
diffuse vers la gauche, même si la concentration totale des solutés était
initialement plus forte à gauche qu’à droite.
3. FAItes des lIens Les aquaporines bloquent le
passage des ions hydronium (H 3 O
1
; voir la p. 56).
Or, la recherche récente sur le métabolisme lipidique
montre que certaines aquaporines permettent le
passage du glycérol, un trialcool à trois atomes
de carbone (voir la figure 5.10, p. 83), et de l’eau.
Sachant que la taille de l’ion hydronium est beaucoup plus proche de celle d’une molécule d’eau
que de celle d’une molécule de glycérol, comment
pourriezvous expliquer cette sélectivité ?
Voir les réponses proposées à la fin du chapitre.
ConCept
7.3
Le transport passif
est la diffusion à travers une
membrane sans dépense d’énergie
Les molécules possèdent un type d’énergie appelée énergie
thermique (chaleur) provenant de leur mouvement perpétuel.
La diffusion, soit la tendance que les substances ont à se
répartir uniformément dans un milieu, découle de cette propriété. Le déplacement de chaque molécule se fait de façon
aléatoire, mais la diffusion d’une population de molécules peut
s’orienter dans une direction précise. Pour comprendre ce processus, imaginez qu’une membrane synthétique sépare de l’eau
distillée d’une solution aqueuse de colorant. Étudiez attentivement la figure 7.13a pour saisir comment la diffusion amènerait les molécules de colorant à se répartir de part et d’autre de
la membrane en concentration égale dans les deux solutions. Il
s’ensuivrait alors un équilibre dynamique : le nombre de molécules de colorant traversant à chaque seconde la membrane
vers la gauche serait égal au nombre de molécules de colorant
qui la franchiraient en se dirigeant vers la droite.
Nous pouvons maintenant énoncer une règle de base de la
diffusion : dans des conditions normales, une substance diffuse de l’endroit où elle est le plus concentrée vers l’endroit où
elle l’est le moins. En d’autres termes, toute substance diffuse
suivant son gradient de concentration – la zone le long
de laquelle la densité d’une substance chimique augmente ou
diminue (comme c’est le cas ici). Ce phénomène ne nécessite
aucune autre énergie que celle des molécules en mouvement :
la diffusion se produit spontanément. Remarquez que chaque
substance se répand suivant son propre gradient de concentration, sans égard aux différences de concentration des autres
substances (figure 7.13b).
Une bonne partie des échanges transmembranaires se
fait par diffusion. Chaque fois qu’elle se trouve plus concentrée d’un côté de la membrane que de l’autre, une substance
tend à diffuser, suivant son gradient de concentration, à
travers la membrane (à condition que celleci lui soit perméable). L’absorption d’oxygène en vue de la respiration
cellulaire constitue un excellent exemple de diffusion simple.
Le dioxygène dissous diffuse vers l’intérieur de la cellule.
Cela se poursuit tant que la respiration cellulaire le consomme,
car le gradient de concentration favorise le mouvement dans
cette direction.
Ce processus est efficace en raison des dimensions
microscopiques de la cellule : si elle était plus volumineuse,
les distances à franchir seraient trop grandes et la vitesse
avec laquelle se produit la diffusion ne pourrait répondre
adéquatement aux besoins cellulaires (il a été démontré
que le temps de diffusion est proportionnel au carré de la
distance à franchir).
La diffusion d’une substance à travers une membrane biologique est un mode de transport passif, car elle ne requiert
aucune dépense d’énergie de la cellule. (Le gradient de concentration luimême représente de l’énergie potentielle [voir le
chapitre 2, p. 35] et alimente la diffusion.) Rappelezvous,
cependant, que la perméabilité sélective influe sur la vitesse de
diffusion des différentes molécules. Dans le cas de l’eau, les
aquaporines lui permettent de diffuser très rapidement à travers la membrane de certaines cellules. Le passage de l’eau à
travers la membrane plasmique a des conséquences importantes
pour les cellules.
m Figure 7.13 La diffusion de solutés à travers une membrane.
Les flèches de couleur sous les diagrammes montrent la diffusion nette
des molécules de colorant de cette couleur.
(a)
(b)
Molécules de colorant
EAU
Diffusion nette
Diffusion nette
Équilibre
Diffusion nette
Équilibre
Diffusion nette
Diffusion nette
Équilibre
Diffusion nette
Membrane (coupe transversale)
Diffusion d’un soluté en milieu aqueux. Les pores de la membrane
sont assez grands pour laisser passer l’eau et les molécules de colorant
dissoutes. Le mouvement aléatoire des molécules de colorant fait passer
quelques molécules par les pores ; cela se produit plus souvent du côté
où il y a davantage de molécules de colorant. Le colorant diffuse de la
zone où il est le plus concentré vers la zone où il est le moins concentré,
c’est-à-dire suivant son gradient de concentration, et ce jusqu’à
l’équilibre. Les molécules de soluté continuent de traverser la
membrane, mais à vitesse égale dans les deux directions.
Diffusion simultanée de deux solutés en milieu aqueux. Deux
solutions de couleurs différentes sont séparées par une membrane
perméable aux deux colorants. Les molécules de chaque colorant
diffusent suivant leur propre gradient de concentration. Le colorant violet
diffuse vers la gauche, même si la concentration totale des solutés était
initialement plus forte à gauche qu’à droite.