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 ?

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

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

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

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

• 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
• z_s = charge de l'ion : z_K+ = +1
• F = constante de Faraday = 96485 Coulombs.mol^-1 = 96485 J.V^-1 = 23060 cal. V^-1

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 [E_A - E_B] 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⁺ ?

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 ?

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.

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 / ΔΨ_M = -70 mV