Transport actif et filtration

Le transport actif utilise l’énergie de l’ATP

Le transport actif déplace une substance à travers une membrane contre son gradient de concentration, du moins concentré vers le plus concentré. Comme cela ne peut se faire par diffusion, la cellule fournit de l’énergie, généralement en scindant l’ATP en ADP et phosphate. La protéine membranaire qui réalise ce travail s’appelle une pompe. Les pompes sont spécifiques : chacune accepte des substances déterminées, ce qui permet à une cellule d’accumuler du potassium tout en maintenant le sodium bas. Deux grandes formes existent. Le transport actif primaire utilise directement l’ATP pour faire fonctionner la pompe. Le transport actif secondaire utilise le gradient d’une substance, souvent le sodium, pour entraîner une autre substance : l’ATP est alors dépensé indirectement pour créer le premier gradient. Ces deux formes permettent au corps de stocker de l’énergie dans des gradients et de l’utiliser ensuite.

Par exemple : La paroi de l’intestin absorbe le glucose même lorsque sa concentration intracellulaire dépasse déjà celle de l’extérieur, car le transport actif le déplace contre le gradient.

La pompe sodium–potassium

La pompe sodium–potassium est le transporteur actif le plus important du corps. Pour chaque ATP utilisé, elle fait sortir trois ions sodium et entrer deux ions potassium. Cela produit deux effets. D’abord, elle maintient le sodium élevé à l’extérieur et le potassium élevé à l’intérieur, base des signaux électriques des cellules nerveuses et musculaires. Ensuite, exportant trois charges positives pour deux importées, elle retire une charge positive nette et contribue à rendre l’intérieur de la cellule électriquement négatif. La pompe aide aussi à contrôler le volume cellulaire : en gardant les ions à l’extérieur, elle empêche l’eau d’entrer par osmose. Comme elle consomme une grande part de l’énergie de repos, toute condition réduisant la production d’ATP l’affecte vite, et la cellule commence à gonfler à mesure que sodium et eau s’accumulent.

Par exemple : Dans une cellule privée d’oxygène, l’ATP baisse, la pompe sodium–potassium ralentit, sodium et eau entrent et la cellule gonfle. C’est l’un des mécanismes de souffrance des tissus ischémiques.

Erreur fréquente : La pompe déplace sodium et potassium en sens opposés simultanément ; ce ne sont pas deux canaux unidirectionnels séparés.

Transport actif secondaire

Le transport actif secondaire ne scinde pas l’ATP lui-même. Il utilise un gradient déjà créé par une autre pompe. L’exemple le plus courant repose sur le sodium. La pompe sodium–potassium maintenant le sodium élevé à l’extérieur, celui-ci tend à rentrer. Une protéine cotransporteuse exploite ce flux entrant pour entraîner une seconde substance, souvent contre son propre gradient. Dans l’intestin et le rein, sodium et glucose entrent ensemble de cette façon, ce qui permet d’absorber le glucose même lorsque sa concentration intracellulaire dépasse celle de l’extérieur. Quand les deux substances vont dans le même sens, la protéine est un symport ; quand elles vont en sens opposés, c’est un antiport. L’énergie vient toujours de l’ATP, mais indirectement, par le gradient de sodium.

Par exemple : Les solutions de réhydratation orale contiennent sel et glucose car sodium et glucose sont absorbés ensemble ; le glucose aide le sodium, et le sodium aide l’eau.

La filtration dépend de la pression

La filtration est le passage de l’eau et de petites particules dissoutes à travers une membrane ou une barrière poreuse sous l’effet d’une différence de pression. La force motrice est la pression, et non le gradient de concentration de la substance filtrée : c’est ce qui distingue la filtration de la diffusion et de l’osmose. Dans les capillaires, la pression sanguine pousse l’eau et les petits solutés à travers la paroi vers le liquide tissulaire, tandis que les grosses protéines plasmatiques sont retenues ; c’est ainsi que se forme le liquide interstitiel. Dans le rein, la pression dans le glomérule pousse l’eau, les ions et les petites molécules hors du sang vers la première partie du néphron, tandis que cellules et grosses protéines restent dans le sang. Le débit de filtration dépend de la différence de pression et de la perméabilité de la barrière. Si la pression baisse, la filtration diminue ; si la barrière devient perméable, des substances normalement retenues apparaissent dans le filtrat.

Par exemple : En cas de déshydratation, pression et volume sanguins baissent : la filtration capillaire et rénale diminue, l’urine est moins abondante et le liquide tissulaire est réduit.

Comparer passif, actif et filtration

Trois questions séparent ces processus. La substance se déplace-t-elle avec ou contre son gradient ? Avec, pour le passif ; contre, pour l’actif. De l’énergie est-elle dépensée ? Non pour le passif et la filtration ; oui, directement ou indirectement, pour le transport actif. Qu’est-ce qui fournit la force motrice ? Un gradient de concentration pour diffusion, osmose et diffusion facilitée ; une différence de pression pour la filtration. La filtration diffère aussi par ce qu’elle filtre : elle sépare surtout selon la taille, laissant passer eau et petits solutés tout en retenant cellules et grosses protéines. En clinique, la distinction importe. Un médicament inhibant la pompe sodium–potassium, comme la digoxine, modifie les gradients ioniques du muscle cardiaque et donc son comportement électrique. Une chute de pression artérielle réduit la filtration et le débit urinaire. Savoir quel mécanisme est en jeu indique ce qui modifiera l’état du patient et ce qu’il faut surveiller.

Par exemple : La digoxine ralentit la pompe sodium–potassium du muscle cardiaque, augmentant le sodium intracellulaire puis, indirectement, le calcium, ce qui renforce la contraction.