13-cours-absorption-mécanismes-1

Les sites et mécanismes d’absorption

Physiologie de l’entérocyte

Update sept 2008

P.L. Toutain

ECOLENATIONALEVETERINAIRE

T O U L O U S E

13-cours-absorption-mécanismes-2

Les sites d’absorption

13-cours-absorption-mécanismes-3

Site d’absorption et vidange gastrique

Estomac

Absorption

SurfaceDébit sang(L/min)

1 m²0.15

200 m²1.0

Chez les monogastriques, la partie proximale de l’IG est le principal site d’absorption

13-cours-absorption-mécanismes-5

Adaptations anatomiques et physiologiques de l’intestin

à l’absorption

13-cours-absorption-mécanismes-6

Taille et surface des segments du tube digestif

BoucheEsophageEstomacDuodenumJéjunumiIéonCaecumCôlonRectum

Longueurcm

15-20252525

3006010

15020

Diamètre(cm)

102.51555575

2.5

Surface d’absorption

(m²)

0.070.020.110.096060

0.050.15

0.015

13-cours-absorption-mécanismes-7

Amplification de la surface:Valvules, villosités et microvillosités de l’intestin

Valvules *3

Villosités *30

Microvillosités *600

13-cours-absorption-mécanismes-9

Structure de l’épithélium en fonction du site du tube digestif

13-cours-absorption-mécanismes-10

L’ entérocyte

• L’entérocyte est la cellule intestinale dédiée à l’absorption

• Ils forment un épithélium qui ne possède qu’une couche de cellule

• Cette monocouche est portée par la lamina propria qui contient les vaisseaux sanguins et lymphatiques

13-cours-absorption-mécanismes-11

Villosités et entérocyte avec ses microvillosités

Jonctions sérrées

Desmosome

Mitochondries

Rough endoplasmic

reticulum

Intercellular space

Absorptive cell

Cellule en goblet

Canal lymphatique

Capillaires

Arteriole

Venule

Villus

microvillosités

13-cours-absorption-mécanismes-12

L’ entérocyte: cycle cellulaire

• Les entérocytes sont formés continuellement dans les cryptes de Lieberkühn et migrent au sommet des villosités en 2-5 jours

• Ensuite ils desquament dans la lumière intestinale

13-cours-absorption-mécanismes-13

Microvillosités & Glycocalyx

Glycocalyx

Microvillosités

13-cours-absorption-mécanismes-15

Le glycocalyx

Glycocalyx : filaments de

polysaccharides

Glycocalyx

Cell membrane

Actin filaments

Mycosin filament

Terminal web

Microvillus

Matériel fibrillaire riche en glycoprotéines recouvrant la membrane apicale des entérocyte

Très adhérent à la cellule (contrairement au mucus)

Tamis moléculaire dans lequel se poursuit la digestion (diffusion comme dans un gel)

13-cours-absorption-mécanismes-17

Absorption

13-cours-absorption-mécanismes-18

Absorption intestinale: voies de passage cellulaires

• Voie paracellulaire– Une barrière: les jonction serrées– Eau , Cl- Petites molécules hydrosolubles

• Voie transcellulaire

Multiples mécanismes de passage

13-cours-absorption-mécanismes-19

Passage paracellulaire

• Voir la diaporama sur l’absorption de l’eau et des électrolytes

13-cours-absorption-mécanismes-23

Les mécanismes de passage transcellulaire de

l’entérocyte

13-cours-absorption-mécanismes-24

Les mécanismes de passage transcellulaire de l’entérocyte

• En masse– Endocytose (Pinocytose, phagocytose)

• Sous forme moléculaire– Passif vs actif– Avec ou sans l’aide d’une protéine

13-cours-absorption-mécanismes-25

Transports ioniques et moléculaires

13-cours-absorption-mécanismes-26

Principe de passage à travers la membrane plasmique

• La membrane est une bicouche lipidique dont la partie centrale est hydrophobe

• L’hydrophobicité de la partie centrale de la membrane empêche le passage de la plupart des molécules polaires

• La cellule a besoin de système de transport pour absorber (ou éliminer) des analytes polaires

13-cours-absorption-mécanismes-27

Principe de passage à travers la membrane plasmique

• La membrane est perméable aux:– Molécules non polaires

• Lipides solubles (stéroïdes).

– Molécules polaires de petite taille et non chargée comme l’eau

• La membranes est imperméable aux:– Grosse molécules polaires (glucose).– Aux Ions (Na+).

13-cours-absorption-mécanismes-28

Transport à travers la membrane plasmique

13-cours-absorption-mécanismes-29

Mécanismes de transport à travers les entérocytes

1. Directement à travers la membrane• Diffusion et osmose (osmose =diffusion de l’eau)

2. En lmpliquant une protéine membranaire:1. Canaux (canaux ioniques) et pores (porines)

• Débit=107-108 ions par sec

2. Transporteurs• diffusion facilitée: uniport • transport actif : symport; antiport• Débit=102-104 molécules par sec

3. Pompes– Protéines qui hydrolysent l’ATP appelées ATPases– Débit=102-103 ions par sec

13-cours-absorption-mécanismes-30

Débits des systèmes de transfert

13-cours-absorption-mécanismes-31

Canaux, pores et transporteurs

• Aquaporines = transport de l’eau• Ionophores = transport des ions • Uniport = transport d’ une seule substance

• Transports couplés : transport simultané de 2 analytes ou plus– Symport: transport de 2 analytes dans la même

direction– Antiport: transport de 2 analytes en direction

opposée

13-cours-absorption-mécanismes-33

Les protéines de transport membranaire

Figure 15-3

13-cours-absorption-mécanismes-34

Mécanismes de transport à travers les entérocytes

Avec besoin ou non d’énergie:– Transport passif:

• Le long d’un gradient de concentration– Ne nécessite pas d’ATP– Ex: osmose; diffusion & diffusion facilitée;

– Transport actif• Mouvement net contre un gradient de

concentration– Requiert directement ou indirectement de l’ ATP

13-cours-absorption-mécanismes-35

La diffusion passive

13-cours-absorption-mécanismes-36

Diffusion et gradient

Diffusion:Mouvements browniens se faisant uniquement sous l’action des forces themodynamiques

Si une membrane sépare deux compartiments, le passage par diffusion simple se fera sous l’action d’un gradient (une force) électrochimique (gradient d’origine chimique et gradient d’origine électrique)

13-cours-absorption-mécanismes-37

Diffusion au travers d’une membrane

– Pas de consommation d’énergie

– Descente le long d’un gradient de concentration

– Pas de transporteur– Pour des molécules

lipophiles– Cinétique linéaire

• certains minéraux et la plupart des graisses, l’alcool

13-cours-absorption-mécanismes-38

Diffusion passive de l’eau ou osmose

• L’eau est une molécule polaire de petite taille (18 daltons)

• Grâce à cette petite taille elle peut diffuser directement à travers la membrane

• La membrane de l’ entérocyte est semi-perméable et elle laisse passer l’eau par diffusion c’est-à-dire par osmose

• Rem: l’eau peut également passer par des pores nommés aquaporines dans certains tissus notamment dans le côlon pour ce qui est du tube digestif

13-cours-absorption-mécanismes-39

Diffusion passive impliquant des canaux, des pores ou des transporteurs

spécialisés

13-cours-absorption-mécanismes-40

Diffusion passive facilitée par des canaux ou des

pores

13-cours-absorption-mécanismes-41

Canaux et porines• Certains protéines agissent comme des pores

passifs permettant la diffusion des ions (canaux ioniques) ou de petites molécules non ionisées (eau,nucléotides, polypeptides ) avec une capacité de 107 à 108 molécules par seconde et selon leur gradient

• Ne demande pas d’énergie car l’analyte suit un gradient de concentration (molécule non chargée) ou un gradient ionique (molécules chargées)

13-cours-absorption-mécanismes-42

Canaux ioniques

• Canaux hydrophiles• Ouverts ou fermés• Durée d’ouverture très brève (millisecondes) qui

laisse passer des paquets d’ions (milliers d’ions)• Ne nécessite pas d’énergie• Sélectivité

– Certains laissent passer plusieurs ions (Na+ et K+)– D’autres forment un canal aqueux central avec un filtre de

sélectivité

13-cours-absorption-mécanismes-45

Diffusion passive facilitée par des transporteurs

(perméases)

13-cours-absorption-mécanismes-46

Diffusion facilitée– Mouvement de diffusion d’une

molécules à travers une membrane grâce à une protéine de transport encore appelée perméase

– Le transporteur (uniport) joue un rôle analogue à celui d’un récepteur (spécificité)

– Mouvement dans le sens du gradient de concentration qui ne nécessite pas d’énergie

– Mécanisme utilisé par les molécules insolubles dans les lipides (pas de diffusion passive) et trop grosse pour passer par des pores (ex: glucose

– Ex: glucose, fructose, galactose

13-cours-absorption-mécanismes-47

Diffusion facilitée par un uniportmodèle Ping Pong

• La protéine de transport (uniport) en se transconformant sous l’action du ligand assure le rôle d’une navette entre les deux faces d’une membrane;

• elle crée un passage hydrophile dans la zone hydrophobe de la membrane

• Transport lent mais prolongé

• La différence entre un canal et un transporteur est dû au ligand qui entraîne un changement conformationnel de la protéine de transport (récepteur) qui va ainsi transférer le ligand

• Le transporteurs va osciller entre 2 conformation stéréochimique (modèle ping pong)

• Le transporteur fonctionne un peu à la à la manière d’un tourniquet le ligand étant la « main » qui fait tourner le tourniquet alors que le canal serait plutôt l’analogue d’un tunnel

Transporteur vs. canal ou porine

13-cours-absorption-mécanismes-49

Implication de la diffusion facilitée dans l’absorption du glucose

• Diffusion facilitée à la membrane apicale (Glut-5)

• Diffusion facilitée à la membrane basale (GLUT-2)

• Rem: l’absorption du glucose à la membrane apicale implique également des mécanisme actif de symportage avec le Na+ (SGLT)

13-cours-absorption-mécanismes-50

Diffusion facilitée: le glucose

Les transporteurs dédiés au transport passif facilité du glucoses sont nommés GLUT

(GLUT5 et GLUT2)

(Les transporteurs pour le transport actif du glucose sont les SGLT)

51

to capillaries

Glucose: transport passif (facilté) par les transporteurs GLUT vs. cotransportage

secondairement actif par le transporteur SGLT-1

Lumen ofintestine

Intestinal Epithelial cell

Fructose; also glucose,

Glucose Galactose Na+

2K+

Na+

3Na+

ATP

ADP + Pi

= facilitated diffusion

= Na+-dependent co-transport

= Na,K-ATPase

contraluminal membrane

GLUT-5

Brush border

SGLT-1

Fructose

GalactoseGlucose

GLUT-2

GalactoseGlucose

GalactoseGlucose

Na+

Na+

2K+

2K+

2K+

3Na+

3Na+

13-cours-absorption-mécanismes-52

Comparaison du transport du glucose par diffusion passive ou par diffusion facilitée

Figure 15-5

3 caractéristiques1. Plus grand débit que la diffusion passive2. Saturabilité3. Spécificité

13-cours-absorption-mécanismes-56

Transport actif primaire (direct)

13-cours-absorption-mécanismes-57

transport actif direct

La protéine de transport est

aussi une ATPase

13-cours-absorption-mécanismes-58

Exemple de transport actif direct : la pompe Na+/K+

•La pompe située sur la basale de l’ entérocyte élimine activement du Na+ (qui va sortir de la cellule) contre du K+ (qui pénètre dans la cellule)•Ce mécanisme crée un gradient en Na+ (faible concentration intracellulaire en Na+) ce qui fournira indirectement de l’énergie au transport apicale d’autres molécules dont le transport est couplé à celui du Na+ pour entrer dans l’entérocyte

13-cours-absorption-mécanismes-60

Caractéristiques de l’ absorption active

• Transporteurs membranaires protéiques• Remontée contre un gradient de

concentration• Affinité et sélectivité des transporteurs• Couverture d’énergie avec de l’ATP• Cinétique saturable de type Michaelis-

Menten– Ex: Na+, K+, acides aminés

13-cours-absorption-mécanismes-61

Transport actif secondaire

13-cours-absorption-mécanismes-62

Transport actif secondaire (indirect): L’exemple du glucose

• Le transport du glucose est couplé à celui du Na+ (pôle apical, bordure en brosse)

• L’énergie nécessaire à ce co-transport permettant au glucose d’aller contre son gradient de concentration est fournie par le gradient de Na+.

• L’hydrolyse de l’ATP par une pompe Na+/K+ est nécessaire pour maintenir le gradient de [Na+] (pôle capillaire)

13-cours-absorption-mécanismes-64

Exemple du passage du glucose par le

le symport Na+-glucose SGLT1

• L’activité du transporteur SGLT1 est déterminée par la pompe Na+/K+ ATPase localisée sur la membrane basale de l’ entérocyte.

• Cette pompe maintient un gradient électrochimique de Na+ à travers la membrane apicale en extrudant activement du Na+ hors de la cellule au pôle basal.

• Le glucose ressortira au pôle basale de l’entérocyte par diffusion facilitée (GLUT2)

65

to capillaries

Glucose: cotransportage secondairement actif du glucose par le transporteur SGLT-1

Lumen ofintestine

Intestinal Epithelial cell

Glucose Galactose Na+

2K+

Na+

3Na+

ATP

ADP + Pi

= facilitated diffusion

= Na+-dependent co-transport

= Na,K-ATPase

contraluminal membrane

Brush border

SGLT-1

Fructose

GalactoseGlucose

GLUT-2

GalactoseGlucose

GalactoseGlucose

Na+

Na+

2K+

2K+

2K+

3Na+

3Na+

13-cours-absorption-mécanismes-66

Les mécanismes de passage transcellulaire en masse de

l’entérocyte

Endocytose:

Pinocytose & phagocytose

13-cours-absorption-mécanismes-67

Pinocytose/phagocytose

Pinocytose« buvée cellulaire »

Pinocytose médiée par un récepteur

Phagocytose« ingestion cellulaire »

• Endocytose :– Permet à de grosses particules, des structure

micellaires (issues de la digestion des lipides) ou des macromolécules d’enter dans la cellule.

– Phagocytose (absorption d’une grosses particules comme les bactéries) et pinocytose (absorption de liquide contenant des solutés comme pour de grosses protéines)

vésicule pinocytaire

13-cours-absorption-mécanismes-69

Absorption intestinale: Pinocytose

• Passage transcellulaire en masse de liquide (Bulk transport) qui nécessite de l’énergie– Absorption des immunoglobulines chez

le nouveau-né– Les immunoglobulines sont trop grosses

pour passer par des transporteurs