Diffusion, perméases, pompes et vésicules : comment la membrane trie ce qui entre et ce qui sort de la cellule.
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Échanges de substances dissoutes et de particules
Module I : Le monde vivantSéquence 1 : Les échanges cellulairesSéance 3 : Substances dissoutes, particules, importance et applications
💡 Idée principale : les substances dissoutes traversent la membrane soit passivement (diffusion simple ou facilitée par des perméases, dans le sens du gradient), soit activement grâce à des pompes qui consomment de l’ATP. Les grosses particules entrent par endocytose et sortent par exocytose. Ces échanges ont de nombreuses applications en santé et en alimentation.
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Étapes résumées
Diffusion simple : petites molécules (O₂, CO₂) du plus concentré vers le moins concentré.
Diffusion facilitée : une perméase transporte le soluté ; la vitesse plafonne (saturation).
Transport actif : une pompe (Na⁺/K⁺) agit contre le gradient en consommant de l’ATP.
Endocytose (phagocytose, pinocytose) et exocytose déplacent des particules dans des vésicules.
Situation problème
À Maroua, pendant la saison chaude, le petit Moussa souffre d’une forte diarrhée. Au centre de santé, on donne à sa mère des sachets de SRO (sels de réhydratation orale) contenant du sel et du glucose, en lui disant de ne pas les remplacer par de l’eau très sucrée. Le médecin explique que « le glucose aide le sel et l’eau à entrer dans les cellules de l’intestin ».
Consignes :
Relève le problème posé.
Par quels moyens les substances dissoutes peuvent-elles traverser la membrane des cellules ?
Pourquoi associer glucose et sel dans les SRO ?
le problèmele sella perfusion
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Compétence visée
Limiter les conséquences liées aux échanges de substances dissoutes et de particules (déshydratation, mauvaise conservation des aliments, infections).
Objectifs de la leçon
Distinguer diffusion simple, diffusion facilitée et transport actif.
Décrire l’endocytose (phagocytose) et l’exocytose.
Citer des applications des échanges cellulaires en santé, en agriculture et en alimentation.
Les transports passifs : la diffusion
1. La diffusion simple
Les petites molécules non chargées (O2, CO2, urée, éthanol) traversent directement la double couche de lipides de la membrane, du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré. Le flux est proportionnel à la différence de concentration (loi de Fick) et ne consomme aucune énergie.
Exemple : dans les poumons, le dioxygène passe de l’air des alvéoles (riche en O2) vers le sang (pauvre en O2).
l’objectifla glaceles glaçons
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Activité 1 : diffusion simple ou facilitée ?
On mesure la vitesse d’entrée de deux substances dans des hématies en fonction de leur concentration à l’extérieur.
Document 1 : vitesse d’entrée en fonction de la concentration extérieure.
Compare l’allure des deux courbes.
Comment expliquer le plateau de la courbe rouge ?
Ce qu’il faut comprendre : pour la diffusion simple, la vitesse augmente proportionnellement à la concentration. Pour le glucose, elle atteint un plateau (Vmax) : le transport utilise des protéines membranaires spécifiques, les perméases, en nombre limité. Quand elles sont toutes occupées, il y a saturation. C’est la diffusion facilitée, toujours dans le sens du gradient et sans énergie.
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Le transport actif
Activité 2 : la sortie du sodium exige de l’énergie
Conditions de l’expérience
Sortie de Na⁺ radioactif
Axone vivant, milieu normal
importante et régulière
+ cyanure (bloque la respiration)
presque nulle
+ cyanure, puis injection d’ATP
reprend
Milieu sans K⁺ à l’extérieur
très diminuée
Document 2 : sortie d’ions sodium radioactifs d’un axone géant de calmar.
Quel est le rôle de l’ATP dans cette expérience ?
Pourquoi parle-t-on d’un échange Na⁺/K⁺ ?
Ce qu’il faut comprendre : la sortie du Na⁺ s’arrête quand la cellule ne fabrique plus d’ATP et reprend quand on lui en fournit : ce transport consomme de l’énergie. Il se fait contre le gradient (le Na⁺ est déjà plus concentré dehors). Il dépend aussi du K⁺ extérieur : une protéine, la pompe Na⁺/K⁺-ATPase, fait sortir 3 Na⁺ et entrer 2 K⁺ par ATP hydrolysé.
2. Les trois modes de passage des substances dissoutes
Document 3 : la diffusion suit le gradient ; le transport actif le remonte.
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Les échanges de particules
Activité 3 : un globule blanc capture une bactérie
Le document 4 montre, en quatre étapes, la capture d’une bactérie par un globule blanc (macrophage).
Document 4 : les étapes de la phagocytose.
Comment la bactérie entre-t-elle dans le macrophage ?
Quel est le rôle des lysosomes ?
Ce qu’il faut comprendre : la membrane émet des pseudopodes qui entourent la bactérie et l’enferment dans une vésicule, le phagosome : c’est la phagocytose, une forme d’endocytose. Les lysosomes déversent leurs enzymes et digèrent la bactérie. Les déchets sont rejetés par exocytose.
3. Endocytose et exocytose
Mode
Ce qui est transporté
Exemple
Phagocytose
grosses particules solides
macrophage qui détruit des microbes
Pinocytose
gouttelettes de liquide
cellules de l’intestin, de l’endothélium
Exocytose
contenu de vésicules rejeté dehors
sécrétion d’hormones, de mucus, de neuromédiateurs
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Importance et applications des échanges cellulaires
Pourquoi les échanges sont vitaux
Cellule vivante
elle échange en permanence avec son milieu
Nutrition
entrée du glucose, des acides aminés, de l’O₂
Excrétion
sortie du CO₂, de l’urée, des déchets
Défense
phagocytose des microbes
Communication
exocytose des hormones et neuromédiateurs
Applications chez les animaux et chez l’Homme
SRO et perfusions
Solutés isotoniques : réhydratent sans détruire les cellules ; le glucose favorise l’absorption du Na⁺.
Rein artificiel
L’hémodialyse épure le sang de l’urée à travers une membrane, comme le sac de cellophane.
Salage, sucrage
Poisson salé, confitures, lait concentré : les microbes plasmolysés ne prolifèrent plus.
Eau de mer
Boire de l’eau de mer déshydrate : le milieu intérieur devient hypertonique.
l’eaula cellulela réhydratation
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Applications chez les végétaux
Doser les engrais et arroser : un sol trop salé (hypertonique) fait faner les plantes.
Arroser le soir les pépinières de cacaoyers ou de légumes pour maintenir la turgescence.
Les racines absorbent les ions minéraux du sol en partie par transport actif : un sol bien aéré favorise la respiration racinaire et donc l’absorption.
Trace écrite : ce que je retiens
À retenir
La diffusion simple et la diffusion facilitée (perméases) suivent le gradient de concentration sans énergie.
La diffusion facilitée présente une saturation (Vmax), car les perméases sont en nombre limité.
Le transport actif (pompe Na⁺/K⁺) remonte le gradient en consommant de l’ATP.
Les particules entrent par endocytose (phagocytose, pinocytose) et sortent par exocytose.
Ces échanges expliquent la réhydratation (SRO), l’hémodialyse et la conservation des aliments.
je retiensla membranele potager
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Vocabulaire à connaître
Gradient de concentrationdifférence de concentration entre deux milieux.Perméaseprotéine de transport spécifique de la membrane.Pompe Na⁺/K⁺protéine qui échange 3 Na⁺ contre 2 K⁺ en hydrolysant un ATP.Phagocytosecapture d’une particule solide par des pseudopodes.Exocytoserejet du contenu d’une vésicule hors de la cellule.
Je m’évalue
1. Quel caractère distingue la diffusion facilitée de la diffusion simple ?
2. Pourquoi le cyanure arrête-t-il la sortie de Na⁺ ?
3. Comment s’appelle la vésicule qui contient la bactérie phagocytée ?
4. Pourquoi les SRO contiennent-ils du glucose et du sel ?
Réponses : la saturation (Vmax) due aux perméases · il bloque la respiration, donc la production d’ATP · le phagosome · le glucose favorise l’absorption du Na⁺ et de l’eau. Le corrigé détaillé et d’autres exercices de ce chapitre sont dans les exercices corrigés.
je réfléchisl’assiette équilibréele bilan énergétique
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Erreurs fréquentes
Penser que toute entrée de substance consomme de l’énergie : la diffusion est passive.
Confondre endocytose (entrée) et exocytose (sortie).
Croire que la pompe Na⁺/K⁺ échange autant de Na⁺ que de K⁺ : c’est 3 Na⁺ contre 2 K⁺.
Méthode
Pour identifier un mode de transport dans un document : regarde le sens par rapport au gradient (avec ou contre), la présence d’une saturation (protéine de transport) et l’effet d’un inhibiteur de la respiration (besoin d’ATP). Conclus ensuite : diffusion simple, facilitée ou transport actif.
Activité d’intégration
Lors d’une épidémie de choléra à Kousseri, de nombreux malades perdent beaucoup d’eau et de sels minéraux. Le district de santé distribue des SRO et installe des points de perfusion. Un commerçant propose de vendre à la place une boisson très sucrée et salée « plus forte ».
Explique pourquoi les SRO doivent être préparés avec la quantité d’eau indiquée (solution isotonique).
Montre, en t’appuyant sur les modes de transport, le rôle du glucose dans l’absorption du sodium par l’intestin.
Explique pourquoi la boisson « plus forte » du commerçant aggraverait la déshydratation.