Tranports membranaires
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Voir le cours sur les transports membranaires.

Exercice N°1 : transport passif - équation de Ussing-Teorell

Soit un soluté S, non chargé, qui traverse une membrane séparant un compartiment intracellulaire d'un compartiment extracellulaire.

  • La concentration de S est de 4 mM dans le compartiment extracellulaire et de 1 mM dans le compartiment intracellulaire.
  • A l’aide d’isotopes, on mesure le flux (extracellulaire → intracellulaire) ou influx et le flux (intracellulaire → extracellulaire) ou efflux. La valeur du quotient f est égale à 4,03.

S’agit-il d’un transport passif ou d’un transport actif ?

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Exercice N°2 : Potentiel d’équilibre ou potentiel de Nernst E

Calculer le potentiel d’équilibre ou potentiel de Nernst EK+ au travers d’une membrane perméable seulement au potassium.

Les concentrations extracellulaire et intracellulaire sont 15 mM et 150 mM, respectivement.

Transport membranaire potentiel Nernst actif passif facilite permease pompe pump glucose biochimej

Rappel : la différence de potentiel électrique à laquelle l'équilibre thermodynamique est atteint est appelée potentiel d'équilibre ou potentiel de Nernst E :

Transport membranaire potentiel Nernst actif passif facilite permease pompe pump glucose biochimej

  • E = potentiel d'équilibre en volt
  • R = constante des gaz parfaits = 8,315 J.deg-1.mol-1 = 1,987 cal.deg-1.mol-1
  • T = température absolue = 273,3 °K + T°C
  • zs = charge de l'ion : zK+ = +1
  • F = constante de Faraday = 96485 Coulombs.mol-1 = 96485 J.V-1 = 23060 cal. V-1

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Exercice N°3 : Potentiel d’équilibre ou potentiel de Nernst E - (Source : E. ROUX - Université Bordeaux 2 / http://archius.free.fr/deug2/tdele1.html)

Deux compartiments A et B sont séparés par une membrane perméable à l’ion K+.

[K+]compartiment A = 0,1 M et [K+]compartiment B = 0,01 M.

a) Calculer la différence de potentiel [EA - EB] pour laquelle l’ion K+ est à l’équilibre.

b) Pour cette différence de potentiel, quelle est la valeur du flux net de l’ion K+ ?

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Exercice N°4 : Potentiel d’équilibre ou potentiel de Nernst E - (Source : E. ROUX - Université Bordeaux 2 / http://archius.free.fr/deug2/tdele1.html)

Deux compartiments A et B sont séparés par une membrane. Ils contiennent du potassium, du sodium et du chlore aux concentrations suivantes :

  • [K+]compartiment A = 0,1 M et [K+]compartiment B = 0,01 M
  • [Na+]compartiment A = 0,01 M et [Na+]compartiment B = 0,1 M
  • [Cl-]compartiment A = 0,11 M et [Cl-]compartiment B = 0,11 M

1er cas : La membrane n’est perméable qu’à l’ion K+.

  • Le potassium est-il à l’équilibre ?
  • Sinon dans quel sens se fera le flux de K+ ?
  • Quel effet ce flux aura-t-il sur le potentiel de part et d’autre de la membrane ?
  • À quelle valeur le potentiel se stabilisera-t-il à 37°C ?

2ème cas : La membrane n’est perméable qu’à l’ion Na+.

  • Le sodium est-il à l’équilibre ?
  • Sinon, dans quel sens se fera le flux de Na+ ?
  • Quel effet ce flux aura-t-il sur le potentiel de part et d’autre de la membrane ?
  • À quelle valeur le potentiel se stabilisera-t-il à 37°C ?

3ème cas : La membrane est également perméable à K+ et à Na+.

  • À quelle valeur le potentiel se stabilisera-t-il à 37°C ?
  • Pour cette valeur de potentiel, et ces concentrations, K+ et Na+ seront-ils à l’équilibre ?

Que peut-on en conclure sur la participation des ions à l’établissement d’un potentiel transmembranaire ?

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Exercice N°5 : Diffusion simple vs. transport facilité - Transport actif secondaire

Le transport d'un soluté à travers la membrane plasmique de cellules est étudié sur deux lots de cellules incubées dans un milieu extracellulaire contenant ce soluté en excès.

  • lot 1 : les cellules sont incubées à 4°C.
  • lot 2 : les cellules sont incubées à 37°C.

Les résultats de la cinétique de transport du soluté sont présentés dans la figure ci-dessous.

Transport membranaire actif passif facilite diffusion simple permease pompe pump glucose biochimej

1. Interpréter ces résultats.

2. Faire un schéma simple qui traduit les 2 phénomènes observés.

Transport facilité et transport actif secondaire du glucose

3. Les concentrations du glucose sont : [glucose]Intracellulaire = 0,5 mM et [glucose]Extracellulaire = 5 mM. Calculer l'énergie libre de Gibbs associée au transport facilité du glucose.

4. Calculer l'énergie libre de Gibbs nécessaire pour transporter le glucose du fluide des tubules ([glucose]tubule = 0,005 mM) dans le sang ([glucose]sang = 5 mM).

5. Quel système de transport actif secondaire fournit l'énergie nécessaire au transport du glucose ? (voir le cours)

6. Calculer l'énergie libre de Gibbs nécessaire au transport actif du glucose.

Données : T = 37°C / [Na+]Intracellulaire = 10 mM et [Na+]Extracellulaire = 140 mM / ΔΨM = -70 mV

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