ATPase - ok ( TROUVER 3 EXEMPLES ETAT STATIONNAIRE Q3) Flashcards
Le passage membranaire des solutés est actif quand…
Il se produit contre leur gradient électrochimique (uphill transport), nécessitant la fourniture d’énergie libre par le métabolisme cellulaire (hydrolyse ATP, réaction redox, gradient Na+ ou H+).
Le transport actif est primaire lorsque…
Un TA est primaire lorsqu’il utilise directement l’énergie libre métabolique.
Un TA primaire est un couplage…
… Direct entre une réaction endergonique (transport de solutés contre leur gradient electro-chimique) et une réaction exergonique (qui fournit l’énergie libre nécessaire à la réalisation de la réaction endergonique) dans la mesure ou la même protéine réalise les deux réactions.
Expliquer brièvement les caractéristiques communes des P-ATPases
Famille de transporteurs de cations, présents chez tous les eucaryotes.
Présentant toutes une structure commune comportant une sous-unité α.
<em>(NB: Ca2+ possède uniquement celle-ci; alors que Na+,K+ - ATPase contient αβγ, et H+,K+- ATPase contient αβ) </em>
La SU α subit des cycles de phosphorylation-déphosphorylation (phosphorylation réversible) qui induit la formation d’intermédiaires phosphorylés E1P et E2P riches en énergie et dont les affinités ioniques sont différentes.
Le vanadate est leur inhibiteur commun.
Citer les principales catégories de P-ATPases au niveau de la cellule eucaryote.
Pour chaque catégorie citée, donner un exemple, en indiquant sa localisation cellulaire et en expliquant brièvement son rôle physiologique.
3 catégories de P-ATPases :
Na+,K+ -ATPase : ubiquitaire et basolatérale dans les cellules épithéliales
- Génère et maintient les gradients asymétriques de Na+ et de K+ transmembranaires,
- Echangeur électrogénique 3Na+ (<span>→</span>ext) :2K+(<span>→</span><span>int) </span>
-
Rôle physiologique:
- Maintien du potentiel de membrane
- Maintien du volume cellulaire
- Génération de gradients de Na+, source d’énergie libre indispensable aux transports actifs secondaires couplés au sodium.
H+,K+ -ATPase : apicales
- Retrouvées au niveau de la cellule pariétale gastrique qui assure l’acidification de la lumière gastrique,
- Echangeur électroneutre 1H+ (->ext) :1K+ (->int)
- Role physiologique:
- Assure la sécrétion acide gastrique (sécrétion HCl).
- La sécrétion de H+ s’effectue contre un gradient de concentration gigantesque (2millions : 1) permettant d’atteindre un pH intraluminal de 0,8 à 1 (pH intracellulaire =7,2)
Ca2+ -ATPase : ubiquitaires
-
De la membrane plasmique (PMCA),
- transporteur électrogénique 1Ca2+: 1ATP.
-
Du réticulum endo et sarcoplasmique (SERCA)
- maintiennent [Ca2+]. intracytoplasmique basse,
- transporteur électrogénique 2Ca2+.
-
De la membrane de l’appareil de Golgi (SPCA)
- transporte également le Mn2+.
-
Role physiologique:
- Assurent le maintien d’une concentration de Ca2+cytoplasmique basse (10-7 M vs 10-3 M extracellulaire) ==> préservent la fonction de second messager intracellulaire du calcium.
Expliquer la différence entre état d’équilibre et état stationnaire sur base du modèle pompe-fuite.
A l’état stationnaire, la fourniture continue d’énergie métabolique est indispensable pour maintenir les gradients de Na+ et K+ grâce à la Na+,K+ -ATPase => modèle pompe-fuite.
Car les gradients de concentration générés par l’activité de la Na+,K+ -ATPase sont constamment menacés de dissipation, par le transport passif de Na+et K+ à travers les canaux ioniques (= fuites de Na+ et K+).
Etat stationnaire : maintien d’un système dans un état où ses paramètres restent constants au prix d’une utilisation permanente d’énergie. Lorsque la pompe compense la fuite, le système n’atteint jamais son équilibre. Lorsque pompe et fuite sont égales et fonctionnent de manière parallèle et opposé, le flux net=0.
L’état stationnaire est atteint et la composition intracellulaire reste stable.
!!!!! A REFAIRE !!!!!! Expliquer comment le modèle pompe-fuite s’applique au maintien de l’état stationnaire d’une cellule. Donner des exemples d’état stationnaire au niveau cellulaire liés à l’activité de la Na+,K+ -ATPase. €€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€€
“La pompe à sodium” permet de générer et de maintenir des gradients transmembranaires asymétriques de Na+ et de K+ ce qui permet d’assurer:
- le maintien du potentiel membranaire
- le maintien du volume cellulaire
- la génération d’un gradient de Na+, source d’énergie indispensable pour les transports actifs secondaires couplés au sodium.
Le modèle pompe-fuite (ou pump-leak model) permet de comprendre l’état stationnaire, càd le maintien d’un système dans un état où ses paramètres restent constants au prix d’une utilisation permanente d’énergie (dans le cas de la cellule, l’énergie est fournie par le métabolisme cellulaire).
- la pompe utilise l’énergie pour éloigner le système de son état d’équilibre et l’amener vers son état stationnaire. Elle représente le transport actif, càd l’ensemble des transports convertissant l’énergie libre métabolique en travail de transport (pompe = convertisseur d’énergie). Il s’agit d’ATPases, de pompes redox ou de transporteurs réalisant un transport actif secondaire.
- la fuite tend à amener naturellement le système vers son état d’équilibre (transport passif). La fuite représente le transport passif, càd l’ensemble des voies de passage passives permettant le transport selon le gradient électrochimique. Il s’agit de canaux ou de transporteurs.
Le système pompe-fuite, présent dans toutes les cellules animales, assure la distribution stationnaire des gradients ioniques (en particulier Na+, K +, Ca 2+ et Cl -) et permet de maintenir stables les compositions intra (LIC) et extracellulaires (LEC).
LIC: [Na+]i faible (10-15 mM) et [K+]i élevée (120-150 mM)
LEC: [Na+]ext élevée (140 mM) et [K+]ext faible (4-5 mM)
Si les pompes membranaires ne fonctionnent plus, les gradients ioniques se dissipent et les concentrations ioniques finissent par s’égaliser de part et d’autre de la membrane (cf égalisation des niveaux des bassins dans l’exemple hydraulique) ==> la cellule ne peut plus maintenir son homéostasie et assurer ses fonctions essentielles ==> l’état d’équilibre est atteint et signifie la mort cellulaire.
MODELE STATIC-HEAD AVEC GLOBULE?
Expliquer le rôle joué par la Na+,K+-ATPase dans le modèle pompe-fuite.
A chaque cycle la Na+,K+ -ATPase hydrolyse, en présence de Mg transporte, contre leurs gradients électrochimiques respectifs: 3Na+ vers l’extérieur et 2 K+ vers l’intérieur de la cellule et joue le rôle de pompe.
“La pompe à sodium” permet de générer et de maintenir des gradients transmembranaires asymétriques de Na+ et de K+ ce qui permet d’assurer:
- le maintien du potentiel membranaire
- le maintien du volume cellulaire
- la génération d’un gradient de Na+, source d’énergie indispensable pour les transports actifs secondaires couplés au sodium.
Citer et expliquer brièvement les principales caractéristiques de la Na+,K+ - ATPase.
Transporteur lent : turnover faible +/- 150 cycles/sec pour la Na+,K+-ATPase soit 300 ions K+ et 450 ions Na+ transportés par seconde (vs 106 à 108 ions transportés par seconde au niveau d’un canal)
Stoechiométrie: 3Na+: 2K+:1ATP
- Extrusion nette d’une charge positive hors de la cellule
- Rhéogénique et électrogénique
- Hyperpolarise la cellule et contribue faiblement au potentiel membranaire 5mV
Densité très variable selon les cellules, reflétant leur activité métabolique.
- Peu abondante dans les GR humains
- Très abondante dans les cellules de la branche ascendante de la anse de Henlé.
- Très abondante dans les neurones et muscles.
Isoformes:
- 4 isoformes de la sous-unité α ; 3 isoformes sous-unité β.
- Structure hétéromérique αβγ.
- L’isoforme α1β1 est prédominante.
À chaque cycle, hydrolyse une molécule d’ATP en présence de Mg2+, et transporte contre leurs gradients électrochimiques 3Na+ vers l’extérieur et 2K+ vers l’intérieur.
Dans les conditions physiologiques, indiquer le facteur limitant à l’activité de la Na+,K+ -ATPase. Expliquer brièvement votre réponse.
Km (ATP) = 0,2 mM dans tous les tissus l’ATP n’est jamais un facteur limitant dans les conditions physiologiques où [ATP]int ~ 1 mM.
Equation de Hill :
Js= Jmax / ( 1 + Km/[S]n)
- Js= le flux de S en [mole/min]
- Jmax= le flux maximum de G, en [mole/min]
- [S]= concentration de S en [mole/L]
- Km= [G] pour laquelle Js = Jmax/2
- n : coefficient de Hill,
- représente la stoechiométre du transport, càd le nombre de molécules transportées par cycle.
- si n=1 ==> Hill devient l’équation de Michaélis-Menten
Efflux de Na+ mesurée en fonction de [Na+]int :
JNa = Jmax / (1 + Km/[Na]3int)
Cinétique en forme de sigmoïde dont le coefficient n=3 ==> 3ions Na+ pris en charge par cycle de la pompe.
Km(Na+) de 5 à 20 mM selon le tissu.
Dans les conditions physiologiques, [Na+]int~10 mM et est le principal déterminant ou facteur limitant pour la fonction de la pompe.
Dans les conditions physiologiques, la pompe fonctionne près du Km du Na+ et, toute modification de [Na+]int affecte le taux de transport de la Na+,K+-ATPase.
[Na+]int est le principal déterminant de la fonction de la Na+,K+-ATPase lorsque [Na+]int augmente, l’activité de la Na+,K+-ATPase augmente
Expliquer pourquoi la toxicité des digitaliques est notamment dépendante de la kaliémie.
La toxicité digitalique empêche de « façon compétitive » la liaison de K+ et bloquent la pompe : la présence de K+ extracellulaire antagonise l’effet des glycosides cardiaques.
En cas d’hypokaliémie, risque de “surdosage” (par augmentation de la fixation du digitalique) et majoration des effets bradycardisant des glycosides cardiotonique (risque de torsade de pointes). ,
Expliquer le mécanisme d’action de l’ouabaïne. Indiquer la famille de molécules dont fait partie l’ouabaïne et citer un composé de cette famille qui peut être utilisé comme agent thérapeutique.
L’ouabaïne fait partie (au même titre que digitoxine et digoxine) des glycosides cardiaques. Ils se fixent sur un site extracellulaire et voisin du site accepteur du K+ dans la configuration E2P de l’ATPase qui a une haute affinité pour le K+.Ils Ferment l’accès aux sites de liaison du K+.
La digoxine est utilisée comme agent thérapeutique en cas d’insuffisance cardiaque en arythmie par fibrillation auriculaire.
Expliquez brièvement et illustrez le mécanisme d’action des glycosides cardiaques.
Quel est l’inhibiteur commun à toutes les P-ATPases? Expliquez brièvement le mécanisme de cette inhibition
La kaliémie normale est de
3.5-5mEq
Lors d’un exercice physique intense, la kaliémie…
…augmente. La contraction musculaire induit la sortie de K+. (Risque d’hyperkaliémie aiguë!) (Le muscle squelettique contient plus de 70% du pool intracellulaire de K+)
Lors d’une hyperkaliémie post prandiale, expliquer brièvement le rôle joué par la Na+,K+-ATPase pour restaurer la kaliémie et les mécanismes impliqués. D’après la réponse donnée, indiquer le rationnel d’un traitement couramment utilisé lors d’une hyperkaliémie sévère.
Lors d’une charge en K+, l’organisme met en jeu 2 lignes de défense successives et complémentaires permettant de « tamponner » le K+ extracellulaire et de minimiser la variation de la kaliémie :
1. Transfert intracellulaire immédiat du K+ :
régulation rapide (ou aigue) en minutes Elévation de [Na+]int (stimulation NHE1) et activation hormonale de Na +,K+ -ATPases préexistantes (par insuline, adrénaline et agoniste β2 adrénergiques)
2.Excrétion rénale progressive de K+ :
régulation retardée (ou chronique) en heures Activation lente de la Na+,K+-ATPase par augmentation de la synthèse de Na+,K+-ATPases (aldostérone et hormones thyroïdiennes)
L’activation de la Na+,K+-ATPase favorise le transport intracellulaire de K+ et hyperpolarise la cellule et réduit la sortie de K+. L’insuline, libérée par la cellule β pancréatique lorsque la glycémie augmente, favorise la translocation de molécules d’ATPase, via la voie de la PKC, au niveau des cellules musculaires, et probablement au niveau des hépatocytes et des adipocytes (cellules insulino-sensibles).
L’injection IV d’insuline fait partie du traitement aigu de l’hyperkaliémie sévère.
V/F Lors du modèle cyclique de transport des ATPases (de type P) le transporteur est en conformation E1 lorsqu’il présente ses sites de liaison ionique du côté externe de la membrane.
FAUX
côté Interne E1
côté Externe E2
Expliquez les mécanismes de régulation de la pompe à sodium.
Régulation de la Na+,K+-ATPase
- La sous-unité β est une glycoprotéine de 45kDa qui exerce une fonction de chaperon moléculaire pour l’insertion de la sous-unité α dans la membrane. (la sous-unité β est cependant nécessaire pour que l’activité catalytique de la sous-unité α soit effective)
- L’insuline, via la PKC, pourrait à la fois favoriser la translocation de Na+,K+-ATPases présentes au niveau de vésicules sous-membranaires et activer les Na+,K+-ATPases déjà présentes au niveau de la membrane basolatérale.
L’adrénaline et les agonistes β2-adérnergiques, via la PKA, active par phosphorylation les Na+,K+- ATPases déjà présentes au niveau de la membrane basolatérale.
- L’aldostérone (Rc minéralocorticoïdes) et les hormones thyroïdiennes augmentent la transcription des gènes codant pour la sous-unité α et β. ==> Augmentation de la synthèse de Na+,K+-ATPase et du nombre de Na+,K+-ATPases incorporées au niveau de la membrane basolatérale.
- Les protéines FXYD (Phe-X-Tyr-Asp) interagissent avec la sous-unité α de la Na+,K+-ATPase et modulent l’affinité des sites de liaison pour le Na+ et le K+ modifient l’activité la Na+,K+-ATPase. L’action des protéines FXYD est spécifique selon le type cellulaire.
Mécanisme d’activation lente (+/- 1 jour) via hormones thyroïdiennes, aldostérone et l’entrainement musculaire atténue une hyperkaliémie chez un sujet entrainé. Le but est d’augmenter le Jmax càd le nombre de pompes.
Modèle cyclique du transport de la H+,K+-ATPase
À chaque cycle, la H+,K+-ATPase hydrolyse une molécule d’ATP et transporte contre leur gradient électrochimique respectifs, 1 ion H+ vers l’ext et un ion K+ vers l’int de la cellule.
Transport électroneutre
Mode de fonctionnement des IPP?
Les IPPs= composés benzimidazole soufré devant être protoné pour se fixer de façon covalente et irréversible au niveau extracellulaire dans la config E2P de la pompe à protons.
Les IPPs, qui sont des bases faibles, sont dirigés vers leur cible apicale par diffusion non ionique
Leur pKa se situe entre 4-5 et ces composés sont:
– majoritairement neutres lorsque le pH est > 4-5 et traversent les membranes cellulaires.
– majoritairement protonés lorsque le pH est < 4 et ne traversent pas les membranes cellulaires.
Par conséquent, lorsque les formes neutres atteignent l’espace luminal acide de la cellule pariétale (après avoir traversé l’épithélium grêle et les membranes basolatérale et apicale de la cellule pariétale), elles deviennent protonées à > 99% et sont piégées au niveau du compartiment où elles exercent leur action inhibitrice sur la H+,K+-ATPase.
PMCA/ SERCA : localisation cellulaire/ fonction/ stœchiométrie/ catégorie d’ATPase et caractéristiques principales de cette catégorie/ régulation.
Localisation : PMCA au niveau de la membrane plasmique de toutes les cellules/ SERCA au niveau du réticulum endo et sarcoplasmique
Fonction : maintien d’une concentration de Ca2+ cyto basse==> fonction de second messager intracellulaire du Ca2+.
Stoechiométrie : SERCA = 2 Ca2+ :1 ATP/ PMCA = 1Ca2+ :1ATP ==> électrogénique
Catégorie d’ATPase : P-ATPase
Régulation :
SERCA= phospholamban (PL), protéine intégrale du réticulum sarcoplasmique. Le PL déphosphorylé inhibe SERCA. PL phosphorylé lève l’inhibition et favorise la relaxation musculaire. PMCA= calmoduline, protéine cytoplasmique lie le Ca2+ et qui s’active lors de sa liaison à formation complexe actif calmoduline-Ca2+.
V-ATPase : localisation cellulaire/ fonction/ stœchiométrie.
Localisation : au niveau de la membrane d’organelles dont le pH intraluminal est acide (lysosomes, endosomes, vésicules de sécrétion et dérivées de l’appareil de Golgi)
Au niveau de la membrane plasmique de certaines cellules réalisant une acidification (ostéoclastes, macrophages, cellules intercalaires du tubule collecteur rénal)
Fonction : acidification des cellules et des organites intracellulaires
Stoechiométrie : 2H+ :1ATP
Expliquer le mécanisme permettant l’acidification des organites intracellulaires. Représenter sur un schéma les différentes protéines de transport impliquées.
