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Pourquoi K+ sort-il de la cellule ?


Je lisais cette page : Potentiels d'équilibre lorsque j'ai trouvé l'exemple suivant à la fin de la page : « Si le K+ le potentiel d'équilibre est de -90 mV et le potentiel de membrane est de -70 mV, dans quelle direction K+ passer à travers le K ouvert+ chaînes ?".

Le site donne la réponse, et il s'avère que K+ sort de la cellule. Je ne suis pas tout à fait sûr de comprendre pourquoi c'est le cas.

(1) Parce que le potentiel d'équilibre pour K+ est de -90mV, cela signifie que la région intracellulaire doit être chargée négativement, à -90mV, pour avoir un flux net nul de K+ à travers la membrane. Donc K+ quitterait la cellule, rendant l'intérieur plus négatif de -70mV à -90mV.

(2) Mais le potentiel membranaire au repos est toujours de -70mV. Ce potentiel membranaire sera-t-il établi par d'autres ions ? Si ce n'est pas le cas, K+ sera à nouveau tiré à l'intérieur de la cellule, alors nous ne serions pas en mesure de dire que K+ sort.

(3) Je trouve les conditions de départ quelque peu confuses. "K+" s'éteint signifie qu'il doit y avoir une différence de potentiel. La question suppose-t-elle que nous avons, comme conditions de départ, la même concentration de K+ des deux côtés ? Sinon, on ne sait pas pourquoi K+ doit cesser de sortir de la cellule à tout moment (même lorsqu'elle est à l'état d'équilibre).

(4) Peut-on conclure, en règle générale, que si MRP est le potentiel de repos membranaire et EP est le X+ potentiel d'équilibre, alors X+ quitte la cellule si EPMRP. Les rôles seraient-ils inversés pour X-?


L'autre réponse est un peu trompeuse.

"Une autre cause est la concentration intracellulaire de K+"

Non cela est exactement la même cause, les concentrations différentes sont à l'origine du potentiel d'équilibre. Vous pouvez considérer le potentiel d'équilibre pour un ion comme "quelle tension faut-il pour empêcher cet ion de descendre son gradient de concentration." L'équation de Nernst vous donne le potentiel d'équilibre pour n'importe quel ion. Le potentiel d'équilibre est également connu sous le nom de "potentiel d'inversion" car si la tension dépasse le potentiel d'équilibre, les ions circuleront dans le sens inverse, contre leur gradient de concentration.

Ne soyez pas confus par le potentiel de repos, car ce n'est qu'un potentiel que la cellule s'arrange pour maintenir un environnement stable. Cela a coûté beaucoup d'énergie et d'attention sous forme de synthèse de protéines pour conserver ce potentiel. Ce mécanisme est réalisé par la pompe à ions Na+-K+

Le potentiel de repos n'est pas de "maintenir un environnement stable" ou quelque chose comme ça. Le potentiel de repos est le potentiel net qu'une cellule atteint en raison de toutes les conductances de divers ions et du courant circulant de chaque ion régi par son propre potentiel d'équilibre.

Ce mécanisme est réalisé par la pompe à ions Na+-K+, qui échange ces deux ions

C'est en partie vrai, mais encore une fois, trompeur. La pompe Na+/K+ établit la concentration relative des ions, ce qui ne conduit qu'à un certain potentiel de repos car les conductances des différents ions varient au repos. Parce que la conductance de K+ est plus élevée au repos que la conductance de Na+, le potentiel de repos est plus proche du potentiel d'équilibre pour K+. Si la pompe Na+/K+ fonctionnait exactement comme elle le fait, pompant Na+ et K+, mais que la membrane était plus perméable au Na+, alors le potentiel de repos serait positif plutôt que négatif. Tout ce qui compte pour le potentiel de repos, ce sont les concentrations ioniques relatives et la conductivité. L'équation de Goldman est la façon de calculer ce potentiel de repos.

Qu'arrive-t-il au K+ lorsqu'une cellule a un potentiel de repos de -70mV mais un équilibre K+ de -90mV ?

Parce que vous avez besoin de -90 mV pour « retenir » le potassium contre son gradient de concentration, à -70 mV, K+ sortira de la cellule. Cependant, par définition, le potentiel de repos est le potentiel auquel le courant net sera nul. Cela signifie que, oui, d'autres ions doivent être impliqués. C'est là que l'équation de Goldman est très utile.

Bien que K+ puisse être l'ion avec la conductance membranaire la plus élevée, il y aura aussi toujours une fuite d'ions Na+ et Cl- (généralement d'autres ions sont ignorés car ces trois sont les acteurs principaux ; d'autres ions peuvent être importants dans certaines situations). Par conséquent, si -70mV est au repos, il doit y avoir au moins autant d'ions Na+ entrant ou sortant d'ions Cl- que d'ions K+ sortant.

Vous pouvez calculer ces courants si vous connaissez la conductance de chaque ion et le potentiel d'équilibre de chaque ion en utilisant la loi d'Ohm : I = V/R, où R est 1/conductance et V est la différence entre la tension actuelle et le potentiel d'équilibre. Essayez-le avec l'équation de Goldman ! Si vous utilisez la tension que l'équation de Goldman vous donne (le potentiel de repos), vous constaterez que le courant net est nul !

D'accord, jusqu'à présent, nous avons répondu à vos questions (1) et (2). Maintenant (3) : vous indiquez « Sinon, il n'est pas clair pourquoi K+ devrait cesser de quitter la cellule à tout moment ». Il est important de noter que potentiel d'équilibre ne signifie pas qu'aucun ion ne bouge : cela signifie que la tension ne change pas. Si vous laissiez simplement la cellule à -70 mV et que vous attendiez un certain temps, les concentrations des différents ions finiraient par changer. C'est là qu'intervient la pompe Na+/K+ : cette ATPase pompe constamment du K+ et du Na+ pour contrer la fuite qui se produit au potentiel de repos. Les ions Cl- se déplacent aussi, mais la plupart du temps passivement. Il est également important de noter que très peu d'ions doivent se déplacer pour que le potentiel change de l'ordre du millivolt. -70mV peut sembler beaucoup, mais les forces électriques sont très puissantes, donc très peu d'ions par rapport à tous les ions disponibles doivent se déplacer.

Je ne comprends pas très bien ce que vous demandez avec (4) mais si vous pouvez modifier la question, je ferai de mon mieux pour y répondre également. Il est possible que j'ai déjà répondu à votre question en parlant de ce que signifie "potentiel d'équilibre" pour un ion. Pour un ion Cl-, si le potentiel d'équilibre pour Cl- est de -65mV, alors Cl- s'écoulera dans la cellule lorsque la tension membranaire est de -60mV (ayant tendance à rapprocher la cellule de -65mV), et il sortira de la cellule lorsque la tension membranaire est de -70mV (toujours tendant à rapprocher la cellule de -65mV).


Le potentiel d'équilibre (-90 mV) des ions potassium (K +) entraînera l'écoulement des ions hors de la cellule si les canaux K + sont ouverts, car les ions K + tentent d'établir ce potentiel au lieu du potentiel de repos (-70 mV). Une autre cause est la concentration en K+ intracellulaire qui est d'environ 140 mM par rapport à la concentration extracellulaire qui n'est que de 5 mM. Ne vous laissez pas perturber par le potentiel de repos, car ce n'est qu'un potentiel que la cellule s'arrange pour maintenir un environnement stable. Cela a coûté beaucoup d'énergie et d'attention sous forme de synthèse de protéines pour conserver ce potentiel. Ce mécanisme est réalisé par la pompe à ions Na+-K+, qui échange ces deux ions (pompes K+ in et Na+ out pour atteindre les -70 mV). Si les ions K+ sortent de la cellule, le potentiel membranaire deviendra inférieur au potentiel de repos, également appelé hyperpolarisation. Cet événement se produit à la fin d'un potentiel d'action lorsque la sortie des ions K+ "sous-dépasse" le potentiel de repos.


Pourquoi la pompe sodium-potassium est-elle importante ?

La pompe sodium potassium est importante pour le fonctionnement de la plupart des processus cellulaires.

Explication:

C'est une protéine de transport spécialisée trouvée dans les membranes cellulaires. Il est responsable du mouvement des ions potassium dans la cellule tout en déplaçant simultanément les ions sodium dans la cellule. Ceci est important pour la physiologie cellulaire.

Il a une signification particulière pour les cellules excitables telles que les cellules nerveuses, qui dépendent de cette pompe pour répondre aux stimuli et transmettre des impulsions. La transmission des cellules nerveuses aurait été impossible sans l'aide de cette pompe.

Le sodium/potassium aide à maintenir le potentiel de repos, à effectuer le transport et à réguler le volume cellulaire. Il fonctionne également comme un transducteur/intégrateur de signal pour réguler la voie MAPK, ainsi que le calcium intracellulaire.

Dans les reins, la pompe sodium-potassium aide à maintenir l'équilibre sodium-potassium.

Il joue également un rôle dans le maintien de la pression artérielle et le contrôle des contractions cardiaques.


Pompe sodium-potassium

L'eau pure ne conduit pas l'électricité. Le potassium, le sodium et d'autres électrolytes se dissolvent dans l'eau et aident à transporter une charge électrique. Les cellules de votre corps ont besoin d'électrolytes pour transporter et maintenir les impulsions électriques. La pompe sodium-potassium décrit un mécanisme dans lequel les ions sodium et potassium entrent et sortent de vos cellules. Chaque fois que cela se produit, une charge électrique est produite. La pompe sodium-potassium répond également aux demandes de puissance de votre système nerveux. Un bon équilibre électrolytique est important pour votre sang, votre hydratation et aide à maintenir d'autres fonctions vitales du corps.


Un niveau d'aide à la biologie : Potentiel de repos dans l'axone

Je sais que l'axone a un potentiel de repos constant de -70mv.

Pendant le potentiel de repos, 3 ions Na+ quittent constamment l'axone tandis que 2 ions K+ entrent constamment dans l'axone. Cela donne à l'axone une différence de potentiel nette négative. Les ions K+ peuvent sortir de l'axone par la suite et les ions Na+ ne peuvent pas revenir dans l'axone. Cela rend la différence de potentiel encore moins. Mais cela ne signifie-t-il pas que la différence de potentiel dans l'axone peut descendre jusqu'à l'infini négatif. Je comprends pourquoi l'intérieur de l'axone est plus négatif que l'extérieur, mais je ne comprends pas ce qui le maintient à -70 mv constant?

Pas ce que vous cherchez ? Essayer&bonjour

(Message original de muhammad0112)
Je sais que l'axone a un potentiel de repos constant de -70mv.

Pendant le potentiel de repos, 3 ions Na+ quittent constamment l'axone tandis que 2 ions K+ entrent constamment dans l'axone. Cela donne à l'axone une différence de potentiel nette négative. Les ions K+ peuvent sortir de l'axone par la suite et les ions Na+ ne peuvent pas revenir dans l'axone. Cela rend la différence de potentiel encore moins. Mais cela ne signifie-t-il pas que la différence de potentiel dans l'axone peut descendre jusqu'à l'infini négatif. Je comprends pourquoi l'intérieur de l'axone est plus négatif que l'extérieur, mais je ne comprends pas ce qui le maintient à -70 mv constant?

La pulpe sodium-potassium a en fait très peu d'effet sur le potentiel membranaire au repos. Le potentiel membranaire au repos est davantage lié à la perméabilité relative de la membrane cellulaire aux ions Na+ et K+. La membrane est environ 40 fois perméable aux ions K+ par rapport aux ions Na+. Comme la membrane est relativement imperméable aux ions Na+ et que la concentration en Na+ est beaucoup plus élevée à l'extérieur de la cellule, la tension à l'intérieur de la cellule est beaucoup plus faible qu'à l'extérieur de la cellule, d'où le potentiel membranaire de repos négatif.

La pompe sodium-potassium n'est importante que pour maintenir les gradients de concentration des ions Na+ et K+ - elle n'est PAS responsable du potentiel membranaire au repos.

(Message original de Jpw1097)
La pulpe sodium-potassium a en fait très peu d'effet sur le potentiel membranaire au repos. Le potentiel membranaire au repos est davantage lié à la perméabilité relative de la membrane cellulaire aux ions Na+ et K+. La membrane est environ 40 fois perméable aux ions K+ par rapport aux ions Na+. Comme la membrane est relativement imperméable aux ions Na+ et que la concentration en Na+ est beaucoup plus élevée à l'extérieur de la cellule, la tension à l'intérieur de la cellule est beaucoup plus faible qu'à l'extérieur de la cellule, d'où le potentiel membranaire de repos négatif.

La pompe sodium-potassium n'est importante que pour maintenir les gradients de concentration des ions Na+ et K+ - elle n'est PAS responsable du potentiel membranaire au repos.

J'ai fait quelques recherches supplémentaires et corrigez-moi si je me trompe, mais l'axone est très perméable au potassium mais sans la pompe sodium potassium, le gradient électrique sera égal au gradient chimique. (la raison pour laquelle il y a un gradient électrique est que les ions K+ voudraient revenir dans l'axone car l'extérieur est plus positif et l'intérieur est négatif). Par conséquent, la pompe sodium potassium augmente le gradient chimique du potassium (comme 2 potassium entrerait dans l'axone). Et le gradient chimique et électrique s'équilibrerait lorsque la membrane est de -70 mv.

Mais pouvez-vous expliquer pourquoi la pompe sodium potassium ne fait pas de différence sur le potentiel de repos ? Je ne le comprends pas. Si la pompe Na/K s'est déclenchée une fois, le pd net ne serait-il pas de -1 dans l'axone ? - S'il s'est déclenché 10 fois, ce serait 30 ions sodium et 20 ions K+ - C'est un pd net de -10 mv?. Evidemment je comprends que 1 ion Na+ n'est pas égal à 1mv, mais ne serait-ce pas la même idée ?

(Message original de muhammad0112)
J'ai fait quelques recherches supplémentaires et corrigez-moi si je me trompe, mais l'axone est très perméable au potassium mais sans la pompe sodium potassium, le gradient électrique sera égal au gradient chimique. (la raison pour laquelle il y a un gradient électrique est que les ions K+ voudraient revenir dans l'axone car l'extérieur est plus positif et l'intérieur est négatif). Par conséquent, la pompe sodium potassium augmente le gradient chimique du potassium (comme 2 potassium entrerait dans l'axone). Et le gradient chimique et électrique s'équilibrerait lorsque la membrane est de -70 mv.

Mais pouvez-vous expliquer pourquoi la pompe sodium potassium ne fait pas de différence sur le potentiel de repos ? Je ne le comprends pas. Si la pompe Na/K s'est déclenchée une fois, le pd net ne serait-il pas de -1 dans l'axone ? - S'il s'est déclenché 10 fois, ce serait 30 ions sodium et 20 ions K+ - C'est un pd net de -10 mv?. Evidemment je comprends que 1 ion Na+ n'est pas égal à 1mv, mais ne serait-ce pas la même idée ?

Comme vous le dites, 1 ions Na+ n'équivaut pas à 1 mV. Un grand nombre d'ions Na+ sont nécessaires pour sortir de l'axone pour créer un changement de 1 mV du potentiel membranaire, dans le grand schéma des choses, les pompes sodium-potassium ne déplacent pas assez d'ions pour faire la différence - bien qu'elles soient importantes pour maintenir fortes concentrations extracellulaires de Na+/fortes concentrations intracellulaires de K+.

Au potentiel membranaire au repos (disons -70 mV dans un axone), les 3 ions Na+ qui sont pompés par la pompe Na/K retournent simplement dans la cellule le long de leur gradient électrochimique (car ils sont en équilibre). De même, les ions K+ qui sont pompés dans l'axone se diffusent simplement hors de l'axone le long de leur gradient électrochimique.

La pompe Na/K est importante pour maintenir les gradients de concentration pour Na+ et K+, mais elle n'a que peu ou pas d'effet sur le potentiel membranaire au repos, c'est tout à voir avec la perméabilité différentielle de la membrane aux différents ions, comme reflété dans le Équation de Nernst.

(Message original de Jpw1097)
Comme vous le dites, 1 ions Na+ n'équivaut pas à 1 mV. Un grand nombre d'ions Na+ sont nécessaires pour sortir de l'axone pour créer un changement de 1 mV du potentiel membranaire, dans le grand schéma des choses, les pompes sodium-potassium ne déplacent pas assez d'ions pour faire la différence - bien qu'elles soient importantes pour maintenir fortes concentrations extracellulaires de Na+/fortes concentrations intracellulaires de K+.

Au potentiel membranaire au repos (disons -70 mV dans un axone), les 3 ions Na+ qui sont pompés par la pompe Na/K retournent simplement dans la cellule le long de leur gradient électrochimique (car ils sont en équilibre). De même, les ions K+ qui sont pompés dans l'axone se diffusent simplement hors de l'axone le long de leur gradient électrochimique.

La pompe Na/K est importante pour maintenir les gradients de concentration pour Na+ et K+, mais elle n'a que peu ou pas d'effet sur le potentiel membranaire au repos, c'est tout à voir avec la perméabilité différentielle de la membrane aux différents ions, comme reflété dans le Équation de Nernst.

D'accord, essayons de comprendre pourquoi le potentiel de la membrane est de -70 mV.

Premièrement, vous avez une forte concentration d'anions organiques (protéines chargées négativement) dans l'axone. Ceci est équilibré par des ions K+. La concentration de K+ [K+] est plus élevée à l'intérieur de l'axone par rapport à l'extérieur, donc le gradient chimique chasse les ions K+ de la cellule. Lorsque les ions K+ sortent de la cellule, cela crée un potentiel de membrane négatif, ce qui provoque le retour des ions K+ dans l'axone (gradient électrique). À mesure que plus d'ions K+ quittent l'axone, le gradient électrique augmente (à mesure que plus d'ions K+ quittent l'axone) et le gradient chimique reste relativement inchangé (le nombre d'ions se déplaçant à travers la membrane a un impact négligeable sur le gradient chimique pendant de courtes périodes de temps). Le nombre d'ions K+ quittant l'axone diminue progressivement au fur et à mesure que le gradient électrique augmente jusqu'à ce que le gradient électrique = gradient chimique. À ce stade, il n'y a pas de mouvement net des ions K+ - c'est le potentiel d'équilibre pour K+

Considérons maintenant Na+. Na+ a une concentration beaucoup plus élevée à l'extérieur de la cellule, donc le gradient chimique conduit les ions Na+ dans la cellule. Lorsque les ions Na+ pénètrent dans la cellule, cela crée un potentiel membranaire positif (gradient électrique), ce qui ralentit le nombre d'ions Na+ entrant dans la cellule à mesure que le gradient électrique augmente. Lorsque les gradients électriques et chimiques sont égaux, il n'y a pas de mouvement net des ions Na+ - le potentiel de membrane lorsque cela se produit est d'environ + 60 mV pour Na+ (potentiel d'équilibre).

Donc si le potentiel d'équilibre pour Na+ est

-80mV, pourquoi le potentiel membranaire au repos se situe-t-il quelque part au milieu. C'est parce que la membrane est beaucoup plus perméable aux ions K+ par rapport aux ions Na+, donc le potentiel membranaire au repos est beaucoup plus proche du potentiel d'équilibre pour K+ (-80mV) par rapport à Na+ (+60mV).

Au potentiel membranaire de repos, le mouvement de Na+ dans la cellule et le mouvement de K+ hors de la cellule sont égaux. Même s'il existe un grand gradient électrique entraînant Na+ dans la cellule (il existe une grande différence entre le potentiel d'équilibre pour Na+ et le potentiel membranaire au repos), la cellule est relativement imperméable aux ions Na+. Alors que le gradient électrique est faible pour les ions K+ (le potentiel d'équilibre K+ n'est pas loin du potentiel membranaire au repos), la membrane est très perméable aux ions K+.

Comme vous pouvez le voir, à aucun moment je n'ai parlé de la pompe Na/K, car elle fonctionne à un si petit niveau, elle a très peu d'effet sur le potentiel membranaire au repos. Beaucoup plus d'ions se déplacent à travers la membrane à travers les canaux de fuite par rapport à la pompe N/K. La pompe Na/K n'est importante que pour maintenir les gradients chimiques, mais pas pour les établir.


ELI5 : Pourquoi le K+ fuit-il à travers ou traverse-t-il la paroi de la membrane cellulaire ?

Si K+ peut voyager assez facilement à travers une paroi de membrane cellulaire et a une force motrice électrique et chimique dans chaque direction, alors pourquoi se déplace-t-il du tout et pourquoi la concentration de K+ n'est-elle pas la même des deux côtés et K+ ne se croise pas du tout?

Je n'arrive pas à trouver une réponse qui me semble logique sur google!

Deux choses. Il atteindra un équilibre électrique, pas nécessairement physique. La cellule perdra de la charge et l'extérieur gagnera en charge, cela commencera à retirer une partie du potassium. Deuxièmement, nos cellules ont en fait de minuscules pompes qui peuvent forcer le potassium à rentrer dans la cellule.

Le potentiel membranaire au repos est dû à l'équilibre de tant de canaux ioniques et de pompes. Vous avez la pompe sodium potassium, qui pompe 2 K+ pour 3 Na+. Et un tas de plus. Mais ce qui est important, c'est que la membrane est plus perméable à K+, car elle a des canaux pour elle (pas de porte, juste toujours ouverte). Il n'y a pas trop de ces canaux (pas assez pour tuer complètement son gradient), mais juste assez pour réduire la résistance globale de celui-ci. Le sodium étant pratiquement complètement bloqué sans canal fermé (il fuit toujours mais beaucoup moins), lorsque vous branchez tout dans l'équation (concentrations de tous les ions entrants et sortants et résistance membranaire de chaque ion), vous obtenez le repos potentiel membranaire aux alentours de -90 à -50 mV selon la cellule. Donc pour répondre simplement à votre question, la membrane fuit pour K+ bien sûr, mais quand il s'agit d'ions et de cellules, il faut penser en termes de statistiques et de populations, la membrane n'est pas complètement transparente pour K+, elle fuit juste un peu , comme un seau avec de l'eau (K+) à l'intérieur et quelques trous dedans, et aussi des moteurs pompant l'eau qui est repartie. Les pompes et les canaux de fuite ne sont pas équivalents en termes de courant bidirectionnel donc vous n'annulez pas simplement dehors, mais à un moment donné, l'eau à l'intérieur sera suffisamment basse, par exemple pour que moins d'eau sorte par les canaux, ce qui rend l'afflux d'eau par les trous égal à l'afflux via les pompes, de sorte que le niveau d'eau reste constant.


Cellulaire

Structurellement, la Na+ K+ ATPase est composée d'une sous-unité catalytique alpha et d'une sous-unité bêta auxiliaire.[7] Certaines Na-K ATPases comprennent une sous-unité spécifique d'un tissu et appartenant à la famille des protéines FXYD.[8] La sous-unité alpha contient une région transmembranaire composée de 10 hélices, appelées MA1-M10. Au sein de ces dix hélices, des sites de liaison aux ions, en particulier trois sites de liaison qui se lient à Na+ dans l'état E1 et deux sites de liaison qui se lient à K+ dans l'état E2.[9][10][11][12] La structure de la Na-K ATPase est composée de trois sites. Les sites un et deux se chevauchent dans les états E1 et E2. Cependant, le site trois est exclusivement dans l'état E1 et se situe entre les hélices transmembranaires M5, M6 et M8, qui se lient à Na+ et catalysent également le transport de H+,[13][14]਍épendant de Na+, K+ et Concentrations de H+.[15] Selon des études antérieures, la sélectivité de l'état E2 de la pompe pour K+ peut être due à la protonation de la poche de liaison ionique.[16]


Homéostasie & Transport

JE. Solution hypertonique
1. Concentration de soluté à l'extérieur de la cellule est hplus (moins d'eau)
2. L'eau diffuse hors de la cellule jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint
3. Les cellules rétréciront et mourront si trop d'eau est perdue
4. Les cellules végétales deviennent flasques (flétrissent) appelées plasmolyse

J. Solution hypotonique
1. Concentration de soluté supérieure
à l'intérieur de la cellule (moins d'eau)
2. L'eau pénètre dans la cellule jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint
3. Cellules animales houle et éclatement (lyser) s'ils prennent trop d'eau
4. Cytolyse est l'éclatement des cellules
5. Cellules végétales devenir turgide en raison de la pression de l'eau vers l'extérieur contre la paroi cellulaire
6. Pression de turgescence dans les cellules végétales les aide à garder leur forme
7. Les cellules végétales font mieux dans les solutions hypotoniques

K. Solutions isotoniques
1. Concentration de solutés même à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule
2. L'eau entre et sort de la cellule à un rythme égal, il y a donc pas de mouvement net de l'eau
3. Les cellules animales font mieux dans les solutions isotoniques

IV. Comment les cellules gèrent l'osmose

A. Les cellules des animaux terrestres sont généralement en environnement isotonique (équilibre)

B. Les organismes d'eau douce vivent dans des environnements hypotoniques, de sorte que l'eau pénètre constamment dans leurs cellules

C. Les organismes unicellulaires d'eau douce utilisent de l'énergie pour pomper l'excès d'eau en vacuoles contractiles

D. Les parois cellulaires végétales empêchent les cellules végétales d'éclater dans des environnements hypotoniques

E. Certains les organismes marins pouvez pomper l'excès de sel

A. Plus rapide qu'une simple diffusion

B. Considéré comme un transport passif car l'énergie supplémentaire n'est pas utilisée

C. Se produit en aval d'un gradient de concentration

D. Implique protéines porteuses intégré dans la membrane d'une cellule pour aider à se déplacer à travers certains solutés tels que glucose

E. Molécules porteuses changer de forme lorsque le soluté s'attache pour eux

F. Le changement de forme de la protéine porteuse aide à déplacer le soluté à travers la membrane

G. Protéines de canal dans la membrane cellulaire forment des tunnels à travers la membrane pour déplacer les matériaux

H. Les protéines de canal peuvent toujours être ouvertes ou avoir portes qui s'ouvrent et se ferment pour contrôler le mouvement des matériaux appelés canaux bloqués

I. Les portes s'ouvrent et se ferment en réponse à la concentration à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule

A. Nécessite l'utilisation de ATP ou énergie

B. Déplace les matériaux contre leur gradient de concentration d'une zone de concentration plus faible à plus élevée

C. Peut également impliquer des protéines membranaires

D. Utilisé pour se déplacer des ions tels que Na+, Ca+ et K+ à travers la membrane cellulaire

E. Pompe Sodium-Potassium déplace 3 Na+ pour chaque 2 K+ dans la cellule
1. Provoque une différence de charge à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule
2. La différence de charge s'appelle potentiel membranaire

F. Pompes ioniques aider les cellules musculaires et nerveuses à fonctionner

G. Les plantes utiliser les transports actifs pour aider les racines à absorber les nutriments du sol (les éléments nutritifs des plantes sont plus concentrés à l'intérieur de la racine qu'à l'extérieur)

A. Déplace de grosses molécules complexes telles que des protéines à travers la membrane cellulaire

B. Les grosses molécules, les aliments ou les gouttelettes de liquide sont emballés dans des sacs liés à la membrane appelés vésicules

C. Endocytose déplace les grosses particules dans une cellule

RÉ. Phagocytose est un type d'endocytose
1. La membrane cellulaire s'étend en formant pseudopodes (projections en forme de doigts) qui entourent la particule
2. La poche à membrane enferme le matériau et se pince à l'intérieur de la cellule, ce qui en fait un vésicule
3. La vésicule peut fusionner avec lysosomes (organites digestifs) ou libèrent leur contenu dans le cytoplasme
4. Utilisé par amibe nourrir & globules blancs tuer les bactéries
5. Connu sous le nom “cellule manger”

E. Pinocytose est un autre type d'endocytose
1. La membrane cellulaire entoure les gouttelettes de liquide
2. Fluides absorbés dans la vésicule liée à la membrane
3. Connu sous le nom “cellule buvant”

F. Exocytose est utilisé pour éliminer les gros produits de la cellule tels que les déchets, le mucus et les produits cellulaires

G. Protéines fabriqués par les ribosomes dans une cellule sont conditionnés dans des vésicules de transport par l'appareil de Golgi


Pourquoi K+ sort-il de la cellule ? - La biologie

La pompe Na+/K+ se trouve dans les membranes de nombreux types de cellules. En particulier, il joue un rôle très important dans les membranes des cellules nerveuses. Notez que 3 ions positifs (Na+) sont pompés hors de la cellule (vers ECF) pour chaque 2 ions positifs (K+) pompés dans la cellule (vers ICF). Cela signifie qu'il y a plus de charges positives qui sortent de la cellule qu'elles n'y pénètrent. En conséquence, une charge positive s'accumule à l'extérieur de la cellule par rapport à l'intérieur de la cellule. La différence de charge entre l'extérieur et l'intérieur de la cellule permet aux cellules nerveuses de générer des impulsions électriques qui conduisent à des impulsions nerveuses.

La pompe Na+/K+ illustre le "transport actif" puisqu'elle déplace Na+ et K+ contre leurs gradients de concentration. C'est parce qu'il y a déjà une forte concentration de Na+ à l'extérieur de la cellule et une forte concentration de K+ à l'intérieur de la cellule. Pour déplacer les ions (Na+ et K+) contre leurs gradients, il faut de l'énergie. Cette énergie est fournie par l'ATP (adénosine triphosphate). Une molécule d'ATP flottant à l'intérieur de la cellule, se lie à la pompe en lui transférant de l'énergie. Au fur et à mesure que l'énergie est utilisée, l'ATP tombe et ayant perdu son énergie, il est converti en ADP (adénosine diphosphate).

Remarquez dans le diagramme qu'il y a 3 sites de liaison pour les 3 ions Na+ sur la surface intérieure de la pompe et 2 sites de liaison pour les 2 ions K+ sur la surface extérieure de la pompe. La forme de ces sites de liaison garantit que seuls Na+ et K+ peuvent se lier et être transportés.

Étant donné que la pompe nécessite un ATP à chaque fois qu'elle fonctionne, l'ATP doit être constamment fourni à la cellule. L'ATP est créé au cours des processus appelés "respiration cellulaire" qui se produisent à l'intérieur de la cellule (dans l'ICF). Une partie de la respiration cellulaire se déroule dans le cytoplasme et une autre dans la mitochondrie. Étant donné que ces organites font partie de la cellule nerveuse, au fur et à mesure que l'ATP est fabriqué, il flotte jusqu'à la pompe et fournit son énergie. Plus d'ATP est produit et la pompe continue de faire son travail. Si quelque chose interfère avec la production d'ATP, la pompe cessera de fonctionner et la cellule nerveuse cessera également de fonctionner. Cela peut entraîner une perte grave de la fonction nerveuse et même la mort. Étant donné que la respiration cellulaire nécessite de l'oxygène, si vous arrêtiez de respirer, l'ATP ne pourrait pas être produit et vous mourriez. Bien sûr, l'ATP est nécessaire à de nombreux processus dans le corps, ce n'est donc pas seulement la pompe Na+/K+ qui s'arrêterait.

Il existe des poisons ou des toxines qui interfèrent également avec la pompe. L'un s'appelle "oubain", un poison de flèche. Oubain fonctionne en se fixant sur la pompe et en bloquant son action. Une branche de la science appelée « pharmacologie » traite de la façon dont les médicaments affectent le corps. Les pharmacologues ont conçu des médicaments qui, s'ils sont administrés assez rapidement, peuvent voyager jusqu'aux cellules et se fixer à l'oubaïne en la retirant des pompes Na+/K+, leur permettant ainsi de fonctionner correctement.

Ceci n'est qu'un exemple de transport actif dans lequel l'ATP est utilisé pour pomper des matériaux contre un gradient de concentration. Votre corps stocke du glucose (un sucre) dans votre foie et vos muscles. Afin de stocker le glucose pour le moment où vous pourriez en avoir besoin, le glucose doit être pompé dans les cellules en y accumulant une concentration élevée. Même s'il utilise de l'ATP pour ce faire, chaque molécule de glucose peut être décomposée par la respiration cellulaire pour produire 38 ATP ! C'est donc un processus qui en vaut la peine.


Transport d'ions à travers la membrane cellulaire

Les organismes vivants peuvent être résolus en organes, glandes, tissus, cellules et organites. Il est très intéressant en biologie de savoir comment les solutés et l'eau entrent et sortent des cellules et des organites. La plus grande attention doit être accordée aux érythrocytes et aux mitochon­drion. La membrane cellulaire est une structure lipoprotéique complexe.

Certains canaux sont ouverts en continu, tandis que d'autres sont fermés, c'est-à-dire qu'ils ont des portes qui s'ouvrent ou se ferment. Certains sont bloqués par des altérations du potentiel membranaire (voltage gated), tandis que d'autres sont ouverts ou fermés lorsqu'ils se lient à un ligand (ligand gated).

Le ligand est souvent externe (neurotransmetteur ou hormone) ou interne (Ca++ intracellulaire, AMPc). D'autres protéines de transport sont des transporteurs qui se lient aux ions et à d'autres molécules, puis changent de configuration, déplaçant la molécule liée d'un côté de la membrane cellulaire à l'autre.

Les molécules se déplacent des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration (vers le bas de leur gradient chimique). Les cations se déplacent vers les zones chargées négativement tandis que les anions se déplacent vers les zones chargées positivement (vers le bas de leur gradient électrique), canal contrôlé par le ligand.

Certaines des protéines porteuses sont appelées uniports car elles ne transportent qu'une seule substance. D'autres sont appelés symports car le transport nécessite la liaison de plus d'une substance à la protéine de transport et les substances sont transportées ensemble à travers la membrane.

Dans la muqueuse intestinale qui est responsable du cotransport par diffusion facilitée du Na + et du glu­cose de la lumière intestinale vers les cellules de la muqueuse. D'autres transporteurs sont appelés anti-ports car ils échangent une substance contre une autre. Exemple : Na + – K + ATPase.

Il catalyse l'hydrolyse de l'ATP en ADP et utilise l'énergie pour extruder le 3Na + de la cellule et introduire du 2K + dans la cellule pour chaque mole d'ATP hydrolysée. On dit que la pompe a un rapport de couplage de 3/2. Son activité est inhibée par l'ouabaïne et liée aux glycosides digitaliques utilisés dans le traitement de l'insuffisance cardiaque.

Na + -K + ATPase est un hétérodimère constitué de sous-unités α et .

Le transport de Na + et K + s'effectue à travers une sous-unité.

La sous-unité est une glycoprotéine.

Les substances traversant la bicouche lipidique de la membrane cellulaire par simple diffusion sont :

1. Toutes les substances liposolubles.

2. Gaz liposolubles principalement CO2, ô2 et n2.

3. L'eau, bien que non liposoluble, passe en raison de la petite taille moléculaire et de l'énergie cinétique élevée.

Les substances passant à travers les canaux protéiques de la membrane cellulaire par simple diffusion sont :

1. Ions principalement Na + , K + et Ca ++ .

A. Diffusion passive:

1. Certains solutés traversent la membrane cellulaire par simple diffusion avec le gradient de concentration.

Cela peut être exprimé par la modification de la loi de Fick :

où, P = le coefficient de perméabilité.

C0 et Cje = la concentration de la solution à l'extérieur et à l'intérieur de la membrane, respectivement.

ds/dt = vitesse de déplacement du soluté.

2. Les solutés liposolubles traversent plus facilement les membranes cellulaires que les solutés insolubles dans les lipides. Parce que la membrane cellulaire est constituée de petits pores remplis d'eau de ra­dius d'environ 0,4 nm. through which water- soluble solute of suitable molecular size pass, surrounded by lipid areas through which lipid-soluble solutes penetrate.

3. Water diffuses through the cell pores from a solution of low concentration to a solu­tion of high concentration and this “bulk flow” of liquid across the membrane will speed up molecules diffusing in the direc­tion of the flow and slow down those mov­ing in the opposite direction. This “drag” effect is a second force acting in passive diffusion.

4. The third force which may operate is an electric potential across the membrane. Many cell membranes can maintain po­tential difference between their inside and outside and the potential gradient acts as a driving force for passive transport across the cell. The membrane acts as a passive barrier.

B. Facilitated Transfer:

1. Some compounds, e.g., sugar, amino acids, pass through membranes at a greater rate than expectations. This is because of the effect of a carrier.

2. The carrier in the membrane combines with the substance to be transported and in some way ferried through the membrane and released on the other side.

3. In case of enzymic reactions, there is a “saturation effect”. The rate of transport of the solute increases when the carrier, enzyme, is saturated. This type is some­times termed “catalysed diffusion”.

4. Another mechanism is that the substance to be transferred is converted into another which will penetrate the membrane more easily, e.g., the mitochondrial membrane is impermeable to acyl coenzyme A deriva­tives. The acyl group is transferred to car­nitine to form acyl carnitine derivative which can pass through the membrane. The acyl coenzyme A derivative is then reformed on the other side of the mem­brane.

Fatty acids can also be transferred into and out of mitochondria.

Acetyl-CoA within the mitochondria can be transferred to oxaloacetate to yield citrate to which the mitochondrial mem­brane is permeable. The citrate passes out into the cytoplasm where it is split enzymically to give acetyl-CoA again.

1. The cell membrane forms pockets or invaginations which can draw materials on the outside towards the cell interior.

2. The vesicles extend into the cell where they are pinched off and finally release their contents into the cell by some un­known way.

3. This process occurs in the foetal and new­born animals and helps the absorption of intact protein from the gut.

D. Transport of Ions:

1. The membrane itself contains polar groups and is, therefore, electrically charged.

2. The transport of most ions occur more slowly than the non- electrolytes. But H + , OH − penetrate all cell membranes easily. The red cell is easily penetrated by Cl − and HCO − 3.

3. In the case of ions, especially, Na + and K + , the permeability is very small. The high concentration of K + and low concentra­tion of Na + which are often found in cells are maintained by special mechanism which involve the expenditure of energy.

E. Active Transport:

1. The process by which solutes can often pass through membranes against their con­centration gradient requires energy. This process is termed active transport.

2. Active transport is involved in the absorp­tion from the small intestine of glucose and galactose, amino acids and other sub­stances important to the body.

3. An active transport device which forces Na + out and K + in has been referred to as the “Sodium Pump”.

4. The mechanism requires a carrier which can exist in two forms with different af­finities for Na + and K + . ATPase is involved in it (see active transport of glucose).


Explain the role of K+ in stomatal movement. Describe the potassium ion pump theory.

Opening of stomata in light: Stomata open in light due to following reactions.

  1. In light starch in the guard cells is metabolised into Phospho Enol Pyruvate (PEP). It is later converted into organic acids, particularly malic acid. The reaction takes place in the presence of an enzyme phospho enol pyruvic carboxylase.
  2. Malic acid dissociates into malate and hydrogen ions in the guard cells.
  3. Hydrogen ions from guard cells are transported to epidermal cells and K+ ions from epidermal cells are absorbed into the guard cells.
  4. In the guard cells, K+ ions are balanced by malate anions. Besides, small amount of Cl-ions are also absorbed which neutralize a small percentage of K+ ions.
  5. The process of K+ ions exchange requires ATP and thus, it is an active process.
  6. Increased K+ ions and anion concentration in the guard cells increases their osmotic concentration. Hence, water enters the guard cells by endosmosis.
  7. Turgor pressure of the guard cells increases due to endosmosis and the stoma opens.

Closing of stomata in dark: Closure of stomata in darkness is due to the following reactions:

  1. As carbon dioxide is not utilized in photosynthesis during night, hence its concentration in the sub stomatal cavity increases.
  2. Abscissic acid (ABA) functions in the presence of carbon dioxide. It is an inhibitor hormone. It inhibits K+ uptake by changing the diffusion and permeability of guard cells.
  3. The K+ is now transported back to the epidermal or subsidiary cells from the guard cells. The osmotic concentration of the guard cells decreases. This results in the movement of water out of the guard cells (exosmosis). The guard cells now become flaccid. This causes stomatal closure.

POTASSIUM ION PUMP THEORY

The main features of the theory were put forward by Levitt (1974). Levitt explained the influx of K+ in the guard cells and their role in the stomatal movement. He demonstrated a relationship between stomatal opening and accumulation of K+ ions. According to the hypothesis, pH of the guard cells rises due to active uptake of H+ ions by guard cell. The steps involved are as follows.

  • The light induced proton transport from the cytoplasm into the chloroplast creates a negative potential. This negative potential may lead to influx of positively charged K+ ion from the surrounding cells so that the negative potential is decreased and the proton transport is not ceased. This results in the development of maximum pH.
  • The pH of cytoplasm is raised to 8-9 and that of the chloroplast is lowered to 5. The rise in the pH causes hydrolysis of starch to form organic acid especially phospho enol pyruvate. Phospho enol pyruvate in the presence of enzyme PEP carboxylase combines with CO2 to produce oxalic acid. This acid is then converted to malic acid.
  • Malic acid disassociates into H+ ion and malate ion. H+ ions comes out and in exchange K+ ions enter into the guard cells, thereby increasing the concentration of K+ ion and decreasing the H+ ions in guard cells. This is an active ionic exchange and requires ATP and cytokinin.
  • The pH of the cell sap in the guard cells increases simultaneously. The pH becomes more than 7 and the medium becomes alkaline.
  • There is also an increased uptake of Cl- anions by the guard cells to maintain the electrical and ionic balance inside and outside guard cells.
  • The malate anions formed in the guard cells are neutralized by the K+ ions. K+ ions react with malate to form potassium malate.
  • Potassium malate enters into the cell sap reducing the water potential and increasing the osmotic concentration and osmotic pressure of the cell sap.
  • Endosmosis occurs and the guard cells become turgid and the stoma opens.

STOMATAL CLOSURE:

When the darkness sets in, H+ ion starts diffusing into the cytoplasm. H+ ion reacts with malate ion to form malic acid. Malic acid undergoes decarboxylation and gets converted into pyruvic acid and carbon dioxide. Pyruvic acid is consumed in respiration. Carbon dioxide gets dissolved in water to form carbonic acid. When potassium malate is converted into malic acid, osmotic pressure of the guard cells decreases .Exosmosis starts and the stomata closes.


Voir la vidéo: Membrane Potential, Equilibrium Potential and Resting Potential, Animation (Janvier 2022).