Correction sujet PK janvier 2011

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Université de la Méditerranée Faculté des Sciences de Luminy
Session de Janvier 2011
Introduction à la physiologie – BIO 50
Dr. Philippe Kachidian
Travail à rendre sur une copie séparée
Durée conseillée : 1/2 heure
Ni document, ni calculatrice.
Vous répondrez à chacune des questions posées par un texte court (15 lignes maximum),
EVENTUELLEMENT complété de schéma(s).
LES REPONSES NE RESPECTANT PAS CE FORMAT NE SERONT PAS PRISES EN
COMPTE.
1 – Expliquez ce qu'est le gradient électrochimique. (3 points)
Le gradient électrochimique est la résultante de deux forces différentes qui régissent le
mouvement des ions de part et d'autre de la membrane plasmique. Ces deux forces sont le gradient
de concentration (force chimique) et la différence de potentiel transmembranaire (force électrique).
Tous les solutés sont soumis à un gradient de concentration, mais quand on décrit la diffusion des
ions, il faut tenir compte d'un facteur supplémentaire, les forces électriques. Il existe en effet une
séparation des charges électriques de part et d'autre des membranes plasmiques; l'intérieur de la
cellule étant négatif par rapport à l'extérieur. Cette séparation des charges, appelée "potentiel de
membrane", influence la diffusion des ions à travers la membrane, car les ions portent des charges
électriques. Cette force électrique attire les ions positifs à l'intérieur de la cellule et repousse les
ions négatif vers l'extérieur.
Les deux forces du gradient électrochimique peuvent s'opposer l'une à l'autre. Ainsi, le
potentiel de membrane peut entraîner les ions potassium dans un sens à travers la membrane et le
gradient de concentration des ions potassium les entraîner dans le sens opposé. Dans ce cas, le
déplacement net des ions potassium sera déterminé par la somme des deux forces opposées, c'est-àdire par le gradient électrochimique de la membrane.
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2 – Quelles sont les principales caractéristiques des différentes stratégies de communication
intercellulaire ? (4 points)
A – Les jonctions communicantes (ou jonctions GAP) : Formées par l'association de glycoproteines
oligomériques possèdant en leur centre un canal, toujours ouvert, permettant un passage d'ions).
B – Les molécule d'adhésion CAM et SAM : L'interaction entre ces proteines provoque des signaux
chimiques et mécaniques qui vont modifier la structure de la cellule. Lorsqu'elles sont de fortes
intensité elles conduisent même à la formation de jonctions GAP.
C – Sécrétion de signaux chimiques : En fonction de la distance séparant les deux cellules on a :
C1 - Communication endocrine : Le messager (l'hormone) est véhiculée dans tout le système cardio
vasculaire. Ce mode de communication est lent (longue distance), et entraîne une dispersion du signal
dans l'organisme. Il est rencontré dans le système hypothlamo-hypophysaire par exemple.
C2 - Communication paracrine : Le signal agit seulement sur les cellules voisines. Ce type de
communication concerne, par exemple, les phénomènes inflammatoires.
C3 - Communication autocrine : La cellule possède des récepteurs membranaires qui lui
permettent de répondre au signal qu'elle sécrète (exemple : cas de cellules tumorales/cancéreuses).
C4 - Communication synaptique : Le messager (neurotransmetteur) est libéré par un élément
présynaptique sur l'élément post-synaptique (système nerveux ; pas de dispersion du signal).
3 - Expliquer la notion de second messager et donnez-en 2 exemples. (4 points)
Les seconds messagers sont des molécules permettant la transduction d'un signal provenant de
l'extérieur d'une cellule, vers l'intérieur de celle-ci.
Un premier messager se lie à un récepteur membranaire couplé à une protéine G. Cette
association va activer la protéine G trimérique (échange d'une molécule de GDP par une molécule de
GTP au niveau de la sous-unité α). La sous-unité α se sépare du dimère βγ et va agir sur une protéine
cible (un effecteur primaire) liée à la membrane plasmique dont elle module l'activité. Cet effecteur
primaire peut être soit un canal ionique soit une enzyme. L'effecteur primaire contrôle la
concentration intracellulaire de second messager. Ce messager secondaire va agir sur divers
effecteurs secondaires et entraîner une cascade de réactions (ce qui amplifie le signal) débouchant
sur une réponse cellulaire (transcription de gène-cible, exocytose, etc…).
Ligand
(premier
messager)
Récepteur
membranaire
Protéine G
( = transducteur)
Second messager
Effecteur
primaire
Effecteur
secondaire
Si l'effecteur primaire activé est un canal ionique, les seconds messagers rencontrés peuvent
être le Ca ++ (canaux Ca ++ potentiel-dépendant) ou le K+ (canaux K+ potentiel-dépendants).
Si l'effecteur primaire activé est une enzyme, les seconds messagers rencontrés peuvent être
l'adenosine monophosphate cyclique (AMPc) après activation de l'adenylate cyclase, ou l'inositol triphosphate (IP3) et le diacylglycérol (DAG), après activation de la phospholipase C.
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4 – Quel(s) constituant(s) de la membrane cytoplasmique lui permet(tent) d'être "semiperméable" ? Expliquez votre réponse. (3 points)
La membrane plasmique est une frontière physique qui sépare le milieu intracellulaire (le
cytoplasme) de l'environnement externe (milieu extra cellulaire). Cette barrière n'est pas
complètement hermétique car toute cellule vivante doit effectuer des échanges permanents avec le
milieu externe; En particulier il y a pénétration de métabolites dans la cellule et rejet de déchets.
La membrane est constituée d’une double couche de molécules de lipides (40% des composants)
dans laquelle sont incluses des protéines (60 % des constituants). La bicouche de lipides prévient le
mouvement de la plupart des molécules polaires et ionisées, alors que les protéines offrent des voies
pour le passage sélectif de ces substances à travers la barrière lipidique. Ceci s'explique par le fait
que les molécules non polaires peuvent se dissoudre dans les régions non polaires de la membrane,
régions qui sont occupées par les chaînes des acides gras des phosphoglycérides membranaires. En
revanche, les molécules polaires sont bien moins soluble dans les lipides membranaires
Tous les échanges se font au travers de la membrane cytoplasmique qui est semi perméable
puisque certaines molécules peuvent la traverser et d'autres pas. On dit que la membrane possède
une perméabilité sélective. Cette perméabilité sélective dépend donc de sa composition proteique,
qui est le reflet de la spécialisation de la cellule c'est-à-dire de son rôle dans l'organe.
5 - Comment se fait le déplacement d'eau à travers un épithélium. (6 points)
L'eau peut emprunter 2 voies pour traverser un épithélium, elle peut diffuser entre les cellules de
l'épithélium (voie paracellulaire) ou au-travers des cellules de l'épithélium (voie transcellulaire).
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Le déplacement d'eau à travers un épithélium va se faire par osmose, d'une zone riche en eau
vers une zone pauvre en eau, sous l'effet d'un gradient de concentration en eau. Ce gradient, va
être créé à la suite du transport de solutés, notamment du sodium (Na+), à travers de l'épithélium.
Le passage du Na+ de la lumière à une cellule épithéliale se produit par diffusion à travers des
canaux Na+ de la membrane apicale. Le Na+ diffuse dans la cellule parce que sa concentration
intracellulaire est maintenue basse en raison de son transport actif hors de la cellule par les ATPase
Na+-K+, situées du côté opposé, dans la membrane basolatérale. Ce transport du Na+ à travers
l'épithélium résulte en une baisse de sa concentration d'un côté et d'une hausse de l'autre côté.
Ces changements de la concentration de Na+ s'accompagnent de changements de la concentration
en eaux des deux côtés, car un changement de la concentration de soluté entraîne un changement de
la concentration en eau. La différence de concentration en eau produite amène l'eau à se déplacer par
osmose du côté de l'épithélium pauvre en sodium (donc riche en eau) vers le côté riche en sodium
(donc pauvre en eau). Ainsi, l'eau se déplace dans le même sens que le soluté à travers l'épithélium.
Les différentes questions peuvent être traitées dans n'importe quel ordre.
Un corrigé de cet examen sera disponible la semaine prochaine sur le site web.