2.16: Pompe Sodium-Potassium
La Pompe Sodium-Potassium
Le transport actif est le processus nécessitant de l’énergie consistant à pomper des molécules et des ions à travers des membranes « en montée » – contre un gradient de concentration. Pour déplacer ces molécules contre leur gradient de concentration, une protéine porteuse est nécessaire. Les protéines porteuses peuvent travailler avec un gradient de concentration (pendant le transport passif), mais certaines protéines porteuses peuvent déplacer des solutés contre le gradient de concentration (de faible concentration à forte concentration), avec un apport d’énergie. Dans le transport actif, comme les protéines porteuses sont utilisées pour déplacer les matériaux contre leur gradient de concentration, ces protéines sont appelées pompes. Comme dans d’autres types d’activités cellulaires, l’ATP fournit l’énergie nécessaire à la plupart des transports actifs. Une façon dont l’ATP alimente le transport actif consiste à transférer un groupe phosphate directement à une protéine porteuse. Cela peut amener la protéine porteuse à changer de forme, ce qui déplace la molécule ou l’ion de l’autre côté de la membrane. Un exemple de ce type de système de transport actif, comme le montre la figure ci-dessous, est la pompe sodium-potassium, qui échange des ions sodium contre des ions potassium à travers la membrane plasmique des cellules animales.
Le système de pompe sodium-potassium déplace les ions sodium et potassium contre de grands gradients de concentration. Il déplace deux ions potassium dans la cellule où les niveaux de potassium sont élevés et pompe trois ions sodium hors de la cellule et dans le liquide extracellulaire.
Comme le montre la figure ci-dessus, trois ions sodium se lient à la pompe protéique à l’intérieur de la cellule. La protéine porteuse reçoit alors de l’énergie de l’ATP et change de forme. Ce faisant, il pompe les trois ions sodium hors de la cellule. À ce stade, deux ions potassium de l’extérieur de la cellule se lient à la pompe à protéines. Les ions potassium sont ensuite transportés dans la cellule et le processus se répète. La pompe sodium-potassium se trouve dans la membrane plasmique de presque toutes les cellules humaines et est commune à toute la vie cellulaire. Il aide à maintenir le potentiel cellulaire et régule le volume cellulaire.
Un aperçu plus détaillé de la pompe sodium-potassium est disponible à http://www.youtube.com/watch?v=C_H-ONQFjpQ(13:53) et http://www.youtube.com/watch?v=ye3rTjLCvAU(6:48).
Le gradient électrochimique
Le transport actif des ions à travers la membrane provoque l’accumulation d’un gradient électrique à travers la membrane plasmique. Le nombre d’ions chargés positivement à l’extérieur de la cellule est supérieur au nombre d’ions chargés positivement dans le cytosol. Il en résulte une charge relativement négative à l’intérieur de la membrane et une charge positive à l’extérieur. Cette différence de charges provoque une tension aux bornes de la membrane. La tension est l’énergie potentielle électrique qui est causée par une séparation de charges opposées, dans ce cas à travers la membrane. La tension aux bornes d’une membrane est appelée potentiel de membrane. Le potentiel membranaire est très important pour la conduction des impulsions électriques le long des cellules nerveuses.
Comme l’intérieur de la cellule est négatif par rapport à l’extérieur de la cellule, le potentiel membranaire favorise le mouvement des ions chargés positivement (cations) dans la cellule et le mouvement des ions négatifs (anions) hors de la cellule. Il y a donc deux forces qui stimulent la diffusion des ions à travers la membrane plasmique: une force chimique (le gradient de concentration des ions) et une force électrique (l’effet du potentiel de la membrane sur le mouvement des ions). Ces deux forces travaillant ensemble sont appelées gradient électrochimique et seront discutées en détail dans les concepts de « Cellules nerveuses » et d' »Influx nerveux ».