Structure tridimensionnelle d’un canal membranaire de jonction gap cardiaque recombinant déterminée par cristallographie électronique. Ces canaux permettent l’échange direct d’ions et de petites molécules entre des cellules adjacentes. Chaquecanal est formé par l’association de six sous-unités de connexine, dont chacune contient quatre hélices α, dans une membrane plasmique, avec une structure similaire dans la membrane plasmique d’une cellule adjacente.
La membrane plasmique est une barrière sélectivement perméable entre la cellule et l’environnement extracellulaire. Ses propriétés de perméabilité garantissent que les molécules essentielles telles que le glucose, les acides aminés et les lipides entrent facilement dans la cellule, que les intermédiaires métaboliques restent dans la cellule et que les déchets quittent la cellule. En bref, la perméabilité sélective de la membrane plasmique permet à la cellule de maintenir un environnement interne constant. Dans plusieurs chapitres précédents, nous avons examiné les composants et l’organisation structurelle des membranes cellulaires (voir figures 3-32 et 5-30). La bicouche phospholipidique – l’unité structurelle de base des biomembranes – est essentiellement imperméable à la plupart des molécules solubles dans l’eau, comme le glucose et les acides aminés, et aux ions. Le transport de ces molécules et de ces ions à travers toutes les membranes cellulaires est assuré par des protéines de transport associées à la bicouche sous-jacente.Étant donné que différents types de cellules nécessitent différents mélanges de composés de faible poids moléculaire, la membrane plasmique de chaque type de cellule contient un ensemble spécifique de protéines de transport qui ne permettent qu’à certains ions ou molécules de traverser. De même, les organites de la cellule ont souvent un environnement interne différent de celui du cytosol environnant, et les membranes des organites contiennent des protéines de transport spécifiques qui maintiennent cette différence.
Chez les animaux, des feuilles de cellules épithéliales tapissent toutes les cavités du corps (par exemple, l’estomac, les intestins, la vessie urinaire) et la peau (voir figure 6-4). Les cellules épithéliales transportent fréquemment des ions ou des petites molécules d’un côté à l’autre. Celles qui tapissent l’intestin grêle, par exemple, transportent les produits de la digestion (par exemple, le glucose et les acides aminés) dans le sang, et celles qui tapissent l’estomac sécrètent l’acide chlorhydrique dans le lumen de l’estomac. Pour que les cellules épithéliales puissent assurer ces fonctions de transport, leur membrane plasmique doit être organisée en au moins deux régions distinctes, chacune contenant des ensembles différents de protéines de transport. En outre, des régions spécialisées de la membrane plasmique relient les cellules épithéliales entre elles, conférant force et rigidité à la feuille et empêchant le matériel d’un côté de passer d’une cellule à l’autre.
Dans les deux premières sections de ce chapitre, nous abordons le mouvement indépendant des protéines des petites molécules hydrophobes à travers les bicouches phospholipidiques et nous présentons un aperçu des différents types de protéines de transport présentes dans les membranes cellulaires. Nous décrivons ensuite chacun des principaux types de protéines de transport. Nous expliquons également comment des combinaisons spécifiques de protéines de transport dans différentes membranes subcellulaires permettent aux cellules de réaliser des processus physiologiques essentiels, notamment le maintien du pH cytosolique, le transport du glucose à travers l’épithélium intestinal absorbant, l’accumulation de saccharose et de sels dans les vacuoles des cellules végétales et l’écoulement dirigé de l’eau chez les plantes et les animaux. Souvent, le même type de protéine de transport est impliqué dans des processus physiologiques très différents.