La différence entre l'osmose et le transport actif

Une cellule a de nombreuses exigences afin de se développer et de se répliquer, et même les cellules qui ne se développent pas activement ou ne se répliquent pas nécessitent des nutriments de l'environnement pour fonctionner. De nombreuses exigences de la cellule sont des molécules qui peuvent être trouvées à l'extérieur de la cellule, y compris l'eau, les sucres, les vitamines et les protéines.

La membrane cellulaire a des fonctions de protection et structurelles importantes, et elle agit pour garder les contenus cellulaires séparés de l'environnement extérieur. La bicouche lipidique de la membrane cellulaire est composée de phospholipides, qui ont des queues hydrophobes (solubles à l'huile, «craignant») qui constituent une barrière à de nombreux solutés et molécules dans l'environnement. Cette caractéristique de la membrane cellulaire permet à l'environnement interne cellulaire de diffuser de l'environnement externe, mais agit également comme un obstacle majeur à la prise de certaines molécules de l'environnement et à l'expulsion des déchets.

La bicouche lipidique ne pose pas de problème pour toutes les molécules, cependant. Les molécules hydrophobes (ou solubles à l'huile), non polaires, peuvent se diffuser librement à travers la membrane cellulaire sans entrave. Cette classe de molécules comprend des gaz tels que l'oxygène (O2), le dioxyde de carbone (CO2) et l'oxyde nitrique (NO). Des molécules organiques hydrophobes plus grandes peuvent également passer à travers la membrane plasmique, y compris certaines hormones (comme les œstrogènes) et les vitamines (comme la vitamine D). Les petites molécules polaires (y compris l'eau) sont partiellement entravées par la bicouche lipidique mais peuvent toujours passer.

Pour les molécules qui peuvent passer librement à travers la membrane de la cellule, qu'elles voyagent dans ou hors de la cellule dépend de leur concentration. La tendance des molécules à se déplacer en fonction de leur gradient de concentration (qui est d'une concentration plus élevée à une concentration plus faible) est appelée la diffusion. Cela signifie que les molécules s'écouleront de la cellule s'il y en a plus à l'intérieur de la cellule qu'à l'extérieur. De même, s'il y en a plus en dehors de la cellule, les molécules s'écouleront dans la cellule jusqu'à ce qu'un équilibre soit respecté. Par exemple, considérez une cellule musculaire. Pendant l'exercice, la cellule convertit l'O2 en CO2. Alors que le sang oxygéné entre dans le muscle, l'O2 se déplace d'où la concentration est plus élevée (dans le sang) où elle est plus faible (dans les cellules musculaires). En même temps, le CO2 se déplace hors des cellules musculaires (où elle est plus élevée) dans le sang (où elle est plus faible). La diffusion ne nécessite pas de dépense énergétique. La diffusion de l'eau reçoit un nom spécial, osmose.

Pour les molécules polaires plus grandes et toutes les molécules chargées, entrer et sortir de la cellule est plus difficile car ils ne peuvent pas passer à travers la bicouche lipidique. Cette classe de molécules comprend des ions, des sucres, des acides aminés (les éléments constitutifs des protéines) et bien d'autres choses dont la cellule a besoin pour survivre et fonctionner. Pour résoudre ce problème, la cellule a des protéines de transport qui permettent à ces molécules de se déplacer dans et hors de la cellule. Ces protéines de transport représentent 15 à 30% des protéines de la membrane cellulaire.

Les protéines de transport se présentent sous plusieurs formes et tailles, mais toutes s'étendent à travers la bicouche lipidique, et chaque protéine de transport a un type spécifique de molécule qu'il transporte. Il existe des protéines porteuses (également appelées transporteurs ou permases), qui se lient à un soluté ou à une molécule d'un côté de la membrane et le transportent de l'autre côté de la membrane. Une deuxième classe de protéines de transport comprend des protéines de canal. Les protéines de canal forment des ouvertures hydrophiles («aimantes») dans la membrane pour permettre aux molécules polaires ou chargées de s'écouler à travers. Les protéines de canal et les protéines porteuses facilitent le transport à la fois dans et hors de la cellule.

Les molécules peuvent voyager à travers des protéines de transport d'une concentration élevée à une concentration plus faible. Ce processus est appelé transport passif ou diffusion facilitée. Il est similaire à la diffusion des molécules non polaires ou de l'eau directement à travers la bicouche lipidique, sauf qu'elle nécessite des protéines de transport.

Parfois, une cellule a besoin de choses de l'environnement qui sont présentes en très faible concentration à l'extérieur de la cellule. Alternativement, une cellule peut nécessiter des concentrations extrêmement faibles d'un certain soluté à l'intérieur de la cellule. Alors que la diffusion permettrait aux concentrations à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule de se déplacer vers l'équilibre, un processus appelé transport actif Aide à concentrer un soluté ou une molécule à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule. Le transport actif nécessite une dépense énergétique pour déplacer une molécule contre son gradient de concentration. Il existe deux principales formes de transport actif dans les cellules eucaryotes. Le premier type se compose de pompes à ATP. Ces pompes utilisent l'hydrolyse ATP pour transporter une classe spécifique de soluté ou de molécule à travers la membrane pour la concentrer à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule. Le deuxième type (appelé cotransporteurs) couple le transport d'une molécule contre son gradient de concentration (de faible à haut) avec le transport d'une deuxième molécule dans son gradient de concentration (de haut à bas).

Les cellules utilisent également un transport actif pour maintenir la bonne concentration d'ions. La concentration en ions est très importante pour les propriétés électriques de la cellule, contrôlant la quantité d'eau dans les cellules et autres fonctions importantes des ions. Par exemple, les ions de magnésium (Mg2 +) sont très importants pour de nombreuses protéines impliquées dans la réparation et l'entretien de l'ADN. Le calcium (Ca2 +) est également important dans de nombreux processus cellulaires, et le transport actif aide à maintenir un gradient de calcium de 1: 10 000. Le transport des ions à travers la bicouche lipidique dépend non seulement du gradient de concentration, mais aussi des propriétés électriques de la membrane, où les charges comme les charges repoussent. La pompe ATPase de sodium-potassium ou Na + -K + maintient une concentration plus élevée de sodium à l'extérieur de la cellule. Près d'un tiers des besoins énergétiques de la cellule sont consommés dans cette entreprise. Cette énorme dépense énergétique pour le transport actif des ions corrobore l'importance de maintenir un équilibre des molécules dans la fonction cellulaire appropriée.

Résumé

Osmosis est la diffusion passive de l'eau à travers la membrane cellulaire et ne nécessite pas de protéines de transport. UNtransport ctif est le mouvement des molécules contre leur gradient de concentration (de faible à une concentration élevée) ou contre leur gradient électrique (vers une charge similaire) et nécessite des transporteurs de protéines et l'énergie supplémentaire, soit par hydrolyse ATP, soit par couplage au transport de la descente d'un autre soluté.