ATPases Flashcards
Citez les principales catégories de P-ATPases au niveau de la cellule eucaryote, en expliquant brièvement leurs caractéristiques communes et en donnant pour chaque catégorie un exemple (localisation+rôle physio)
1) Na+/K+/ATPase
=>ubiquitaire et BL dans cellules épithéliales
=> génère et maintien gradients asymétriques Na+ et K+ TM
=>échangeur électroneutre 3Na+ vers ex et 2K+ vers int
2) H+/K+/ATPase
=>cellule pariétale gastrique (acidification lumière gastrique, sécrétion HCl)
=> échangeur électroneutre 1H+ (vers ext) et 1K+ (vers int)
3) Ca2+/ATPase (échange EN H+)
=>mb plasmique : PMCA
1Ca2+ hors cyto => ext
=> RE et RS: SERCA
2Ca2+ hors du cyto => RE ou RS
maintient (Ca2+) intracytoplasmique basse
=> mb Golgi: SPCA (transport Mn2+ également)
Caractéristiques communes :
-transporteurs de cations présents chez tous les eucaryotes
-5 sous familles P1 à P5 (pas de P3 chez vertébrés)
-structure commune comportant une sous-unité a
=> le Ca2+ A. possède uniquement une SU a
=> la Na+. (abc) et la H+ (ab) forment un complexe comprenant une SUa
- phosphorylation réversible d’une SU a durant le cycle du transport et formation d’intermédiaires phosphorés E1.P et E2.P riches en énergie et dont les affinités ioniques sont différentes => ATPase type P
- vanadate = inhibiteur commun
Expliquez la différence entre état d’équilibre et état stationnaire sur base du modèle pompe-fuite.
modèle pompe-fuite:
- pompes= TA= ensemble des transporteurs convertissant énergie libre métabolique en travail de transport à savoir ATPases, pompes rédox ou TAIIaire
- fuite= TP = ensemble des voies de passage passives permettant transport selon gradient électrochimique (canaux ou transporteurs)
état d’équilibre:
- pompes ne fonctionnent plus
- gradients ioniques dissipés et concentration ioniques s’égalise de part et d’autre de la membrane
- la cellule ne peut plus maintenir son homéostasie et assurer fonction essentielle
- état d’équilibre, mort cellulaire
état stationnaire:
-la fuite tend à amener le système naturellement vers son état d’équilibre (transport passif-
-la pompe utilise l’énergie pour éloigner le système de son état d’équilibre (transport actif)
=> état de non équilibre qui nécessite l’utilisation permanente d’énergie pour se maintenir
Expliquez comment le modèle pompe-fuite s’applique au maintient de l’état stationnaire d’une cellulaire.
modèle pompe-fuite:
- pompes= TA= ensemble des transporteurs convertissant énergie libre métabolique en travail de transport à savoir ATPases, pompes rédox ou TAIIaire
- fuite= TP = ensemble des voies de passage passives permettant transport selon gradient électrochimique (canaux ou transporteurs)
=> lorsque pompe et fuite qui fonctionnement de manière parallèle et opposée sont égales, le flux net est égal à 0
=>état stationnaire atteint
=>gradient de potentiel EC TM reste stable
=>composition IC reste stable
Donnez 3 exemples d’état stationnaire au niveau cellulaire liés à l’activité de la Na+/K+/ATPase.
Génération et maintien des gradients transmembranaires asymétriques de Na+ et K+
=> maintien du potentiel de membrane
=> maintien du volume cellulaire
=> génération de gradients de Na+, source d’énergie libre indispensable aux TAII couplé au sodium (cotransport par symports et échangeurs)
Expliquez le rôle joué par la Na+/K+/ATPase dans le modèle pompe-fuite.
?
Maintient d’un état stationnaire
- gradients menacés de dissipation constamment par le transport passif de Na+ et K+ par canaux ioniques
- fourniture continue d’énergie métabolique (synthèse d’ATP) indispensable pour permettre l’activité de la pompe et maintenir les gradients Na+ et K+ dans un intervalle de constance
- à chaque cycle, la pompe hydrolyse en présence d’un Mg2+ une molécule d’ATP et transporte contre leurs gradients électrochimiques respectifs 3 ions Na+ vers l’extérieur et 2 ions K+ vers l’intérieur
Citez et expliquez brièvement les principales caractéristiques de la Na+/K+/ATPase.
-structure hétéromérique abc
=> a avec 1 domaine TM et 3 domaines IC (N,A, P)
-côté interne: site de liaison pour ATP, Na+, vanadate
-côté externe: site de laissions pour K+ et glycosides cardiaques (ou stéroïdes cardiotoniques) comme ouabaïne et digitaline
-4 isoformes (surtout a1)
=> b , 3 isoformes (surtout b1)
=> c ou FXYD2 qui modifie l’affinité des sites de liaison pour le Na+
FORME A1B1 prédominante
- stoechiométrie : 3Na+:2K+: 1ATP
- à chaque cycle, la pompe hydrolyse en présence d’un Mg2+ une molécule d’ATP et transporte contre leurs gradients électrochimiques respectifs 3 ions Na+ vers l’extérieur et 2 ions K+ vers l’intérieur
- turnover lent de 150 cycles/sec soit 300 ions K+ et 450 ions Na+ transportés par seconde
- densité de la pompe très variable selon les cellules reflétant activité métabolique
Dans les conditions physiologiques, indiquez le facteur limitant l’activité de la Na+/K+/ATPase et expliquez brièvement votre réponse.
-ATP: Km (ATP) = 0.2 mM dans tous les tissus (cinétique type Michaelis-Menten)
=> l’ATP n’est jamais un facteur limitant dans les conditions physiologiques où ATPint=1mM
-K+(cinétique en forme de sigmoïde avec n=2)
Km(K+)= 1.5 à 2mM
=> Dans les conditions physiologiques, K+ext= 4/5 mM et le contrôle de la vitesse de la pompe par des variations de K+ ext est beaucoup plus limité que le contrôle opéré par Na+ int
- Na+(cinétique en forme de sigmoïde avec n=3)
KmNa+ = 5 à 20 mM selon le tissu
=> dans les conditions physiologiques, Na+ int = 10 mM et c’est le principal déterminant ou facteur limitant pour la fonction de la pompe
Expliquez pourquoi la toxicité des digitaliques est notamment dépendante de la kaliémie.
-se fixent sur un site EC et voisin du site accepteur de K+, dans la configuration E2.P de l’ATPase qui a une haute affinité pour le K+
=> ferment l’accès aux sites de liaison du K+
-emêchent de “façon compétitive” la liaison du K+ et bloquent la pompe
=> la présence de K+ EC antagonise l’effet des glycosides cardiaque
=> toxicité digitaline en cas d’hypokaliémie, grande importance clinique !
Expliquez le mécanisme d’action de l’ouabaïne (indiquez sa famille et citez un composé de la même famille utilisé comme agent thérapeutique)
-glycosides cardiaques = ouabaïne, digitaline et digoxine parfois encore utilisé dans l’IC pour renforcer la contraction myocardique (agent cardiotonique ou inotrope positif)
-activités couplées de la Na+/K.ATPase et de l’échangeur 3Na+/1Ca2+ au niveau du cardiomyocyte (NCX1)
=> inhibition de la pompe par la digoxine
=> augmentation Na+ IC
=> baisse activité échangeur
=> augmentation Ca2+ IC
=> augmentation force de contraction du myocarde
-microdomaines mb plasmiques formés par la co-localisation des isoformes a2 et de NCX1 à proximité du RS où est situé SERCA
=> expliquent l’effet de faibles concentrations de cardiotoniques (nM)
Quel rôle joue la Na+/K+/ATPase dans une hyperkaliémie post prandiale pour restaurer la kaliémie ? Expliquez les mécanismes.
D’après la réponse donnée, indiquez le rationnel d’un traitement couramment utilisé lors d’une hyperkaliémie sévère.
- favorise le transfert IC de K+ lors d’élévation de la kaliémie
- hyperpolarise la cellule et réduit la sortie de K+
1)action rapide de la pompe dans les minutes
=>élévation Na+ IC (stimulation NHE1)
=>activation hormonale de Na+/K+/ATPases préexistantes -via insuline par incorporation membranaire de molécules préfabriqués
-par adrénaline et agonistes B2 adrénergiques qui augmentent l’activité de la pompe via voie AMPc
2) action lente de la pompe par augmentation de la synthèse de la Na+/K+ (aldostérone et hormones thyroïdiennes)
- injection d’IV d’insuline fait partie du traitement aigu de l’hypokaliémie sévère (avec du glucose pour éviter une hypoglycémie)
H+,K+ ATPase gastrique
- localisation cellulaire?
- fonction?
- stoechiométrie?
- conditions d’activation?
- catégorie d’ATPase + caractéristiques de cette catégorie
- inhibiteurs et mécanismes d’action?
Localisation
- mb apicale de la cellule pariétale gastrique
- cellules intercalaires du TC rénal
- cellules du colon distal
Fonction
-rôle physiologique majeur: assure sécrétion acide gastrique (HCl)
Stoechiométrie
- 1H+: 1K+: 1ATP
- s’effectue contre un gradient de concentration énorme de l’ordre de 2millions:1 permettant d’attendre un pH intraluminal de 0.8 à 1 alors que le pH IC est de 7.2
Conditions d’activation
-lors d’une stimulation (repas)
-les tubulovésicules qui contiennent la K+:H+-ATPase inactive sont incorporées au niveau de la membrane apicale
=> activation de la pompe et conductances apicales K+ et Cl-
Catégorie d’ATPase et caractéristiques (voir Q1)
- P-ATPase
- 1 SU a avec 1 domaine TM et 3 domaines IC (N,A,P)
- 1 SU b
Inhibiteurs et mécanismes d’action
- IPP: composés benzimidazole soufré devant être protonés dans l’environnement apical de la cellule pariétale
- cible la pompe ACTIVE
- fixation de façon covalence irréversible au niveau EC dans la configuration E2.P de la pompe
- inhibe la sécrétion d’acide gastrique
- révolution dans le traitement de la maladie ulcéreuse et du reflux gastro-oesophagien
PMCA/SERCA
- localisation cellulaire?
- fonction?
- stoechiométrie?
- catégorie d’ATPase et caractéristiques principales de cette catégorie?
- régulation?
Localisation cellulaire
- PMCA: mb plasmique de toutes les cellules
- SERCA: RE et RS
Fonction
- maintien d’une concentration de Ca2+ cytoplasmique basse (10^-7 vs 10^-3 EX)
- préservent la fonction de 2nd message IC du Ca2+
Stoechiométrie
- SERCA = 2 Ca2+:1 ATP (Ca2+ transporté contre son gradient du cytoplasme vers RE)
- PMCA= 1Ca2+: 1 ATP (2 charges + sortent)
Catégorie d’ATPase et caractéristiques principales de cette catégorie (voir Q1)
- 1 su a avec 1 domaine TM possédant 2 sites de liaison pour le Ca2+
- 3 domaines IC N A P
Régulation
-SERCA par PL, protéine intégrale du RS (PL déphospho inhibe SERCA)
-PMCA régulé par calmoduline, protéine cytoplasmique qui lie Ca2+ et qui s’active lors de sa liaison
=> formation complexe actif calmoduline-Ca2+
V-ATPase
- localisation cellulaire?
- fonction?
- stoechiométrie?
Localisation cellulaire
- mb organelles dont le pH intraluminal est acide: lysosomes, endosomes, vésicules dérivées de l’appareil de Golgi et vésicule de sécrétion
- mb plasmique certaines cellules réalisant acidification: ostéoclastes assurant résorption osseuse, macrophages (phagosomes aussi) et cellules intercalaires du TC rénal
Fonction
-activité optimale des enzymes hydrologiques qui nécessite un pH de 4.5/5
=> acidification nécessaire de la lumière des organites IC
Stoechiométrie
2H+:1ATP
Expliquez le mécanisme permettant l’acidification des organites intracellulaires.
Att: schéma des différentes protéines de transports impliqués (voir fiche)
-activité optimale des enzymes hydrologiques qui nécessite un pH de 4.5/5
=> acidification nécessaire de la lumière des organites IC
-H+-ATPase en parallèle avec une conductance Cl- qui permet de neutraliser la ddp créée par l’arrivée de H+ et d’augmenter l’acidification intraluminale
Précurseur érythroïde (2016)
Comment se fait l’acidification endosomale?
- transport plasmatique du Fe3+ par ferrotransferrine
- endocytose de la FT par un récepteur
- acidification de l’endpspùe tardif libérant FE3+ (V-ATPase et Cl- en parallèle)
- réduction Fe3+ en Fe2+
- transport cytoplasmique de Fe2+ par DMT-1
- Fe2+ utilisé pour la synthèse de l’hèle par l’hémoglobine
