Biophysique des membranes et transports

La membrane plasmique est une bicouche lipidique fluide, composée principalement de phospholipides, de cholestérol et de protéines. Les phospholipides sont amphiphiles : leur tête polaire hydrophile s'oriente vers les milieux aqueux, tandis que leurs queues hydrophobes se regroupent au centre. Cette organisation spontanée résulte de l'effet hydrophobe. Le modèle de la mosaïque fluide décrit une bicouche lipidique dans laquelle flottent des protéines intégrales et périphériques, ainsi que des glycoprotéines et glycolipides formant le glycocalyx. Le cholestérol module la fluidité membranaire en limitant les mouvements des chaînes d'acides gras.

Les transports passifs se font selon le gradient électrochimique, sans consommation d'ATP. La diffusion simple concerne les petites molécules liposolubles (O₂, CO₂) ou l'eau (via aquaporines) qui traversent directement la bicouche. La diffusion facilitée utilise des protéines transmembranaires : canaux ioniques (sélectifs, rapides) ou transporteurs (carriers) qui subissent un changement de conformation. L'osmose est le flux d'eau à travers une membrane semi-perméable, du milieu hypotonique vers le milieu hypertonique. La loi de Fick décrit le flux diffusif : J = -D (ΔC/Δx).

Le transport actif primaire utilise l'énergie de l'hydrolyse de l'ATP pour déplacer des ions contre leur gradient électrochimique. La pompe Na⁺/K⁺-ATPase expulse 3 Na⁺ et importe 2 K⁺ par ATP hydrolysé, maintenant les gradients ioniques. Le transport actif secondaire couple le mouvement d'un ion (souvent Na⁺) selon son gradient à celui d'une autre molécule contre son gradient. On distingue le symport (même direction) et l'antiport (directions opposées). Exemples : SGLT (Na⁺/glucose) et échangeur Na⁺/Ca²⁺ (NCX).

Le potentiel de membrane résulte de la répartition inégale des ions de part et d'autre de la membrane et de leur perméabilité. Au repos, la membrane est principalement perméable au K⁺ via des canaux de fuite. Le potentiel d'équilibre d'un ion est donné par l'équation de Nernst : E_ion = (61/z) log([ion]ext/[ion]int) à 37°C. Le potentiel de repos est proche de E_K (environ -90 mV). L'équation de Goldman-Hodgkin-Katz prend en compte plusieurs ions et leurs perméabilités relatives.