Régulation du volume cellulaire

Question 1

Soit un système artificiel formé de 2 cpts fermés séparés par une membrane rigide.

Indiquez sur un schéma les conditions qui permettent l’installation d’un équilibre de Gibbs-Donnan.

Citez et expliquez brièvement les caractéristiques du système lorsque l’équilibre de GD est atteint.

Answer 1

Système:

• compartiments 1 et 2 de même volume
• compartiments dont les parois latérales et la membrane de séparation sont rigides (indéformables)
• membrane perméable au Na+ et Cl- (ions perméants ou diffusibles)
• membrane imperméable aux protéines anioniques P- (protéines imperméantes)

Initialement:

• gradient de Cl- (pas de Cl- dans cpt 1)
• pas de gradient Na+
• P- uniquement dans cpt 1
• pas de ddp entre cpts
• électroneutralité
• pas de différence d’osmolarité et de pression hydrostatique

A l’équilibre:
-asymétrie de distribution Na+ et Cl- (ions perméants)
Na1 > Na2 ; Cl2 > Cl1
-ddp= potentiel de GD (cpt internet contenant P- étant négatif) calculé d’après Nernst qui doit être égale pour les ions perméants
Vm= 61.5 log Na2/Na1 = 61.5 log Cl1/Cl2
soit Na2/Na1=Cl1/Cl2= r (rapport de donnan)
-inégalité osmotique
Na1 + Cl 1 + P- > Na2 + Cl2
=> entrée d’eau dans cpt 1 et équilibre atteint lorsque la Hydrostatique exercée par la colonne d’eau du cp1 s’oppose exactement à la pression osmotique

Question 2

Expliquez pourquoi le potentiel de GD est un potentiel d’équilibre électrochimique.

?

Answer 2

• ions perméants sont distribués passivement

- la DF qui s’exerce sur chaque ion perméant = 0

Question 3

Expliquez le mécanisme du “double Donnan”.

Answer 3

-l’osmolarité cellulaire reste stationnaire car entrée Na+ passive systématiquement contrebalancée par sortie active via pompe
-Na+ reste cantonné à l’extérieur de la cellule
=> peut-être considéré comme un ion non perméant

-double distribution de GB pour indiquer
=> Na+ = soluté osmotiquement actif considéré comme ion perméant et restreint au milieux EC
=>protéines anioniques représentent l’autre soluté osmotiquement actif restreint à espace IC
=> contrebalance inégalité osmotique et permet de maintenir stable volume cellulaire

Question 4

Une cellule eucaryote est incubée à 37°C, en présence d’ouabaïne 1 mM.

Expliquez l’effet de l’ouabaïne sur le volume cellulaire et la ddp membranaire.

Answer 4

• permet développement GB qui induit un gonflement cellulaire
• fuites passives ne sont plus contrebalancées et 3Na+ entrent dans la cellule lorsque 2K+ quittent la cellule

=>dépolarisation liée à la dissipation des gradients ioniques
=> favorise entrée Cl- qui assure électroneutralité
=> entrée NaCl, entrée d’eau
Augmentation du volume cellulaire

Question 5

Expliquer pourquoi une hypokaliémie sévère n’entraîne pas d’oedème cérébral.

Answer 5

?

Question 6

Citez le processus régulateur qui intervient rapidement lorsqu’une cellule est placée en milieu hypertonique/hypotonique.

Expliquez brièvement l’intérêt d’un tel processus et citez les mécanismes mis en jeu.

Answer 6

-si cellule en milieu hypertonique, intervention du regulatory volume increase (RVI)
=> GAIN rapide de Na+, Cl-, osmolytes et eau
=> rapide par TA2 osmolytes par des cotransports (BGT1, TauT et SMIT)
=>lent par action des gènes favorisant augmentation synthèse osmolytes/transporteurs/aldose réductase (sorbitol) - upregulation

-si cellule en milieu hypotonique, intervention du regulatory volume decrease (RVD)
=> PERTE rapide de K+, Cl-, osmolytes et eau
=> rapide par transport passif osmolytes
=> lent par répression de gènes favorisant synthèse osmolytes/transporteurs (downregulation)

But

• faire retrouver à la cellule son volume normal
• régulation aigue ou rapide: régulation du transport par activation de transporteurs et canaux membranaires
• régulation chronique ou lente : régulation de la stynhèse (modulation de l’expression) de transporteurs, canaux membranaires et d’enzymes

Question 7

Expliquez le risque inhérent à la correction d’une hyponatriémie chronique/hypernatrémie chronique.

Answer 7

Hyponatrémie chronique:
-augmentation du volume cellulaire
-peut résulter d’un excès d’eau (le plus fréquent) ou diminution quantité Na+ ou combinaire des 2
-si correction trop rapide
=>risque d’entraîner réduction volume des cellules cérébrales (pas le temps de s’adapter)
=>lésions cérébrales sévères (myélinolyse centro-pontine ou démyélinisation osmotique)

Hypernatrémie chronique:
-déficit en eau (le plus fréquent) ou augmentation quantité Na+ ou combinaison
-si correction trop rapide:
=>augmentation de volume de cellules cérébrales (pas le temps de s’adapter)
=> oedème cérébral
=> conséquences cliniques dramatiques