Différence principale - diffusion active vs passive

La membrane de la cellule sert de barrière semi-perméable, contrôlant le mouvement des molécules à travers elle afin de maintenir un environnement cytosolique constant. La bicouche phospholipidique permet à certaines molécules de traverser librement la membrane cellulaire à travers son gradient de concentration et à d'autres molécules d'utiliser des structures spéciales pour traverser la membrane. Ces structures sont des protéines transmembranaires. Le reste des molécules traverserait la membrane cellulaire en utilisant l'énergie cellulaire. La diffusion active et passive sont deux méthodes impliquées dans le transport de molécules à travers la membrane cellulaire. Les différence principale entre la diffusion active et passive est que la diffusion active pompe les molécules contre le gradient de concentration en utilisant l'énergie ATP tandis que la diffusion passive permet aux molécules de traverser la membrane à travers un gradient de concentration. Par conséquent, la diffusion passive n'utilise pas l'énergie cellulaire pour le transport des molécules.

Domaines clés couverts

1. Qu'est-ce que la diffusion active - Définition, types de molécules, mécanisme de transport 2. Qu'est-ce que la diffusion passive - Définition, types de molécules, mécanisme de transport 3. Quelles sont les similitudes entre la diffusion active et passive – Aperçu des caractéristiques communes 4. Quelle est la différence entre la diffusion active et passive – Comparaison des principales différences

Termes clés: ATP, membrane cellulaire, gradient électrochimique, diffusion facilitée, osmose, diffusion active primaire, diffusion active secondaire, diffusion simple

Qu'est-ce que la diffusion active

La diffusion active fait référence au mouvement de molécules ou d'ions d'une zone de faible concentration à une concentration plus élevée avec l'aide de protéines porteuses dans la membrane cellulaire, en utilisant l'énergie cellulaire. Les cellules accumulent du glucose, des acides aminés et des ions par diffusion active. La diffusion active primaire et la diffusion active secondaire sont les deux types de mécanismes de diffusion active utilisés par les cellules.

Diffusion active primaire

La diffusion active primaire fait référence au transport de molécules contre le gradient de concentration en utilisant l'énergie cellulaire sous forme d'ATP. Par conséquent, le transport actif primaire utilise des molécules de protéines porteuses alimentées par l'ATP. Le transport actif primaire est le plus évident dans la pompe sodium/potassium (Na+/K+ ATPase), qui maintient le potentiel de repos de la cellule. L'énergie libérée par l'hydrolyse de l'ATP est utilisée pour pomper trois ions sodium hors de la cellule et deux ions potassium dans la cellule. Ici, les ions sodium sont transportés d'une concentration plus faible de 10 mM à une concentration plus élevée de 145 mM. Les ions potassium sont transportés d'une concentration de 140 mM à l'intérieur de la cellule à une concentration de 5 mM du liquide extracellulaire. L'action de la pompe à sodium/potassium est illustrée à la figure 1.

Figure 1: Pompe à sodium-potassium

La pompe à protons/potassium (H+/K+ ATPase) se trouve dans la muqueuse de l'estomac, maintenant un environnement acide à l'intérieur de l'estomac. L'oméprazole est un inhibiteur de la pompe à protons/potassium, réduisant le reflux acide à l'intérieur de l'estomac. La phosphorylation oxydative et la photophosphorylation de la chaîne de transport d'électrons utilisent également le transport actif primaire pour créer un pouvoir réducteur.

Diffusion active secondaire

La diffusion active secondaire fait référence au transport de molécules contre le gradient de concentration par l'énergie libérée par un gradient électrochimique. Ici, les protéines transmembranaires sont fabriquées par des protéines de canal (protéines formant des pores). Un mouvement simultané d'une autre substance contre le gradient de concentration est observé avec le transport actif secondaire. Par conséquent, les protéines de canal impliquées dans la diffusion active secondaire peuvent être identifiées comme des cotransporteurs. Les deux types de cotransporteurs sont les antiporteurs et les symporteurs. L'action des cotransporteurs est illustrée à la figure 2.

Figure 2: Cotransporteurs

L'ion particulier et le soluté sont transportés dans des directions opposées par des antiporteurs. L'échangeur sodium/calcium, qui permet de restaurer la concentration en ions calcium dans le cardiomyocyte après le potentiel d'action, est l'exemple le plus courant d'antiporteurs. Les ions sont transportés à travers le gradient de concentration tandis que le soluté est transporté contre le gradient de concentration par des symporteurs. Ici, les deux molécules sont transportées dans la même direction à travers la membrane cellulaire. SGLT2 est un symporteur qui transporte le glucose dans la cellule avec les ions sodium.

Qu'est-ce que la diffusion passive

La diffusion passive fait référence au mouvement d'ions ou de molécules à travers la membrane cellulaire à travers un gradient de concentration sans utiliser l'énergie cellulaire. Par conséquent, la diffusion passive utilise l'entropie naturelle des molécules pour traverser la membrane cellulaire. Le mouvement des molécules se produit jusqu'à ce que leur concentration devienne égale des deux côtés. Les quatre principaux types de diffusion passive sont l'osmose, la diffusion simple, la diffusion facilitée et la filtration.

Diffusion simple

Le simple mouvement des molécules à travers une membrane perméable est appelé diffusion simple. Les petites molécules non polaires utilisent la diffusion simple. La distance de diffusion doit être moindre afin de maintenir un meilleur écoulement. La diffusion simple est illustrée à la figure 3.

Figure 3: Diffusion simple

Diffusion facilitée

Les molécules polaires et les grosses molécules traversent la membrane cellulaire par diffusion facilitée. Les trois types de protéines de transport impliquées dans la diffusion facilitée sont les protéines de canal, les aquaporines et les protéines de support. Les protéines de canal créent des tunnels hydrophobes à travers la membrane, permettant aux molécules hydrophobes sélectionnées de traverser la membrane. Certaines protéines de canal sont ouvertes à tout moment, et certaines sont fermées comme des protéines de canal ionique. Les aquaporines permettent à l'eau de traverser rapidement la membrane. Les protéines porteuses changent de forme, transportant des molécules cibles à travers la membrane. La diffusion facilitée est illustrée à la figure 4.

Figure 4: Diffusion facilitée

Filtration

La filtration est le mouvement des solutés avec l'eau en raison de la pression hydrostatique générée par le système cardiovasculaire. Il se produit dans la capsule de Bowman dans le rein. La filtration est illustrée à la figure 5.

Figure 5: Filtration

Osmose

L'osmose est le mouvement de l'eau à travers une membrane sélectivement perméable. Il se produit d'un potentiel hydrique élevé à un potentiel hydrique faible. L' effet de la pression osmotique sur les globules rouges est illustré à la figure 6. Les globules rouges dans une solution hypertonique peuvent perdre de l'eau des cellules. Les solutions hypertoniques contiennent une concentration plus élevée de solutés que le cytoplasme des globules rouges. Les solutions isotoniques contiennent une concentration de solutés similaire à celle du cytoplasme. Ainsi, le mouvement net de l'eau entrant et sortant de la cellule est nul. Les solutions hypotoniques contiennent des concentrations de soluté inférieures à celles du cytoplasme. Les globules rouges reçoivent de l'eau à partir de solutions hypotoniques.

Figure 6: Pression osmotique sur les globules rouges

Les molécules liposolubles traversent passivement la bicouche phospholipidique. Les molécules hydrosolubles traversent la membrane cellulaire au moyen de protéines transmembranaires.

Similitudes entre la diffusion active et passive

Différence entre la diffusion active et passive

Définition

Diffusion active: La diffusion active est le mouvement de molécules ou d'ions d'une zone de faible concentration à une concentration plus élevée avec l'aide de protéines porteuses dans la membrane cellulaire, en utilisant l'énergie cellulaire.

Diffusion passive: La diffusion passive est le mouvement d'ions ou de molécules à travers la membrane cellulaire à travers un gradient de concentration sans utiliser l'énergie cellulaire.

Utilisation de l'énergie cellulaire

Diffusion active: La diffusion active utilise l'énergie cellulaire pour transporter des molécules à travers la membrane cellulaire.

Diffusion passive: La diffusion passive n'utilise pas l'énergie cellulaire.

Type de transport

Diffusion active: La diffusion active primaire et la diffusion active secondaire sont les deux types de diffusion active.

Diffusion passive: La diffusion simple, la diffusion facilitée, la filtration et l'osmose sont les quatre types de diffusion passive.

Transport de molécules

Diffusion active: Les ions, les grosses protéines, les sucres complexes ainsi que les cellules sont transportés par diffusion active.

Diffusion passive: Les molécules hydrosolubles comme les petits monosaccharides, les lipides, les hormones sexuelles, le dioxyde de carbone, l'oxygène et l'eau sont transportées par diffusion passive.

Rôle

Diffusion active: La diffusion active permet aux molécules de traverser la membrane cellulaire, perturbant l'équilibre établi par la diffusion.

Diffusion passive: Un équilibre dynamique de l'eau, des nutriments, des gaz et des déchets est maintenu par diffusion passive entre le cytosol et l'environnement extracellulaire.

Importance

Diffusion active: Le transport actif est nécessaire pour l'entrée de grosses molécules insolubles dans la cellule.

Diffusion passive: La diffusion passive permet le maintien d'une homéostasie délicate entre le cytosol et le liquide extracellulaire.

Conclusion

La diffusion active et la diffusion passive sont les deux types de mécanismes de transport membranaire utilisés par les cellules. Les deux processus se produisent à travers la membrane cellulaire. La membrane cellulaire sert de barrière sélectivement perméable, permettant uniquement aux petites molécules non chargées de traverser librement la membrane cellulaire. Les grosses molécules, ainsi que les ions chargés, traversent la membrane cellulaire par diffusion active. De petites molécules non chargées traversent la diffusion passive. Comme la diffusion active se produit contre le gradient de concentration, elle utilise l'énergie cellulaire sous forme d'ATP ou de gradient électrochimique. Mais, la diffusion passive se produit à travers un gradient de concentration et ne nécessite pas d'énergie cellulaire pour le transport des molécules. La principale différence entre la diffusion active et passive réside dans le type de passage des molécules et l'utilisation de l'énergie cellulaire par chaque processus.

Référence:

1. Helmenstine, Anne-Marie. « Comparer et contraster les transports actifs et passifs ». ThoughtCo, disponible ici.

Image de courtoisie:

1. « Pompe à sodium-potassium Blausen 0818 » par le personnel de Blausen.com (2014). « Galerie médicale de Blausen Medical 2014 ». WikiJournal de médecine 1 (2). DOI: 10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. – Travail personnel (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia2. "Cotransporteurs" Par utilisateur Wikimedia: Lupask - Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 3. "Schéma simple diffusion dans la membrane cellulaire-en" Par LadyofHats Mariana Ruiz Villarreal - Travail personnel (domaine public) via Commons Wikimedia4. « Diffusion facilitée par Blausen 0394 » Par le personnel de Blausen.com (2014). « Galerie médicale de Blausen Medical 2014 ». WikiJournal de médecine 1 (2). DOI: 10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436. – Travail personnel (CC BY 3.0) via Commons Wikimedia5. «Diagramme de filtration» de LadyofHats Mariana Ruiz (domaine public) via Commons Wikimedia6. "Diagramme de la pression osmotique sur les cellules sanguines" de LadyofHats (domaine public) via Commons Wikimedia