Chapitre 1 — Solutions, compartiments liquidiens et transports membranaires · Topic 3 : Transports transmembranaires · Leçon 3.1
La membrane plasmique n’est pas une simple barrière : elle sélectionne, canalise et régule le passage des molécules. Cette leçon passe en revue les trois mécanismes passifs du transport de soluté — diffusion libre et diffusion facilitée (par canal ou par transporteur) — qui déplacent les solutés sans dépense d’ATP, dans le sens de leur gradient de concentration.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Distinguer les trois grands moteurs de transport membranaire : diffusion, convection, migration électrique ;
- Énoncer et appliquer la loi de Fick à la diffusion simple ;
- Comparer diffusion libre, diffusion par canal et diffusion par transporteur ;
- Identifier pour chaque mode : spécificité, saturation, vitesse et régulation.
🧭 Plan de la leçon
- Typologie des transports transmembranaires
- Diffusion simple (libre) — loi de Fick
- Diffusion facilitée par protéine canal
- Diffusion facilitée par transporteur
1. Typologie des transports transmembranaires
Le cours distingue trois grandes forces à l’origine des mouvements à travers une membrane biologique :
- Diffusion : agitation thermique le long d’un gradient de concentration → transport passif du soluté et du solvant ;
- Convection : déplacement sous un gradient de pression → transport du solvant ;
- Migration électrique : déplacement des ions sous un gradient de potentiel électrique → traité dans le cours d’électrophysiologie.
Pour le soluté, on distingue quatre modes de transport : diffusion simple, diffusion facilitée par canal, diffusion facilitée par transporteur (cette leçon), et transport actif (leçon 3-2).
Un transport est passif quand il ne nécessite aucune dépense d’ATP : la molécule suit son gradient électrochimique. Il est actif quand une pompe ou un cotransporteur doit fournir de l’énergie pour faire remonter le soluté contre son gradient. Diffusion simple, canal et transporteur facilitateur sont tous passifs ; la pompe Na+/K+ ATPase est un transport actif.
2. Diffusion simple (libre) — loi de Fick
- Sans dépense d’énergie (transport passif) ;
- Concerne les molécules hydrophobes ou petites et non chargées : éthanol, urée, CO₂, O₂ ;
- Non saturable : le flux augmente linéairement avec le gradient, aucune protéine n’est impliquée ;
- Non spécifique : pas de sélectivité moléculaire ;
- Non régulé ;
- Lent pour les grandes molécules.
Moteur : gradient de concentration. Le soluté diffuse du compartiment le plus concentré vers le moins concentré jusqu’à égalisation.
Ji = −D × S × (ΔCi/Δx)
| Symbole | Grandeur | Unité |
|---|---|---|
| Ji | Débit molaire de diffusion | mol/s |
| D | Coefficient de diffusion (D = RT × bi, bi = mobilité mécanique molaire) | m²/s |
| S | Surface de la membrane | m² |
| ΔCi | Différence de concentration molale | mol/m³ |
| Δx | Épaisseur de la membrane | m |
Le signe « − » traduit que le débit molaire est dirigé en sens opposé au gradient (du concentré vers le dilué). À l’équilibre, ΔC = 0 et Ji → 0. Si la masse molaire augmente, D diminue et le flux est réduit ; D augmente avec la température.
D est inversement lié à la taille de la molécule : plus la masse molaire est grande, plus la molécule est lente (agitation thermique moins efficace). À retenir pour le concours : T↑ → D↑ → flux↑ et masse molaire↑ → D↓ → flux↓.
3. Diffusion facilitée par protéine canal
- Sans dépense d’énergie (transport passif) ;
- Protéine traversant la membrane de part en part ;
- Très spécifique : un canal ne laisse passer qu’un seul type d’ions (Na+, K+, Ca2+, Cl−…) ;
- Saturable : nombre limité de canaux par cellule ;
- Régulé : le canal peut être ouvert, fermé ou inactivé ;
- Très rapide : le pore est large, permettant le passage de millions d’ions par seconde.
Moteur : gradient de concentration + différence de potentiel électrique (pour les ions, i.e. gradient électrochimique). Rôle central dans les cellules excitables et les tubules rénaux.
La protéine canal ne crée pas de gradient — elle le facilite en augmentant D effectif de la membrane pour cet ion. Sans canal, la bicouche lipidique est quasi imperméable aux ions (D très faible). Ouvert, le canal crée un chemin aqueux direct qui réduit la résistance et augmente D apparent. C’est pourquoi on parle de « diffusion facilitée » : le moteur reste thermodynamique.
4. Diffusion facilitée par transporteur
- Sans dépense d’énergie (transport passif) ;
- Saturable : nombre limité de transporteurs ;
- Très spécifique : glucose, acides aminés (un substrat par transporteur) ;
- Régulé ;
- Moins rapide que la protéine canal : le changement de conformation prend du temps (mécanisme en « sas »).
Moteur : gradient de concentration (comme la diffusion simple). Le transporteur concerne surtout les molécules neutres (glucose, acides aminés) ; les ions passent de préférence par les protéines canal.
Le transporteur lie la molécule côté concentré, puis change de conformation pour l’exposer côté dilué et la libérer. Ce basculement moléculaire explique deux propriétés clés : (1) il est plus lent qu’un canal ouvert (quelques milliers de molécules/s contre des millions pour un canal) ; (2) il est saturable car le site de liaison doit se libérer entre deux cycles.
🧠 À retenir absolument
- Trois moteurs : diffusion (ΔC), convection (ΔP), migration électrique (ΔV).
- Diffusion simple : passive, non saturable, non spécifique, petites molécules/hydrophobes. Loi de Fick : Ji = −D × S × ΔC/Δx.
- D augmente avec la T ; D diminue si la masse molaire augmente.
- Canal : passif, très rapide, spécifique (un type d’ions), saturable, régulé (ouvert/fermé/inactivé). Augmente Deffectif de la membrane.
- Transporteur : passif, mécanisme de sas, très spécifique (glucose, acides aminés), saturable, régulé, plus lent que le canal.
- Canaux → ions ; transporteurs → molécules neutres.
- Classement de vitesse : canal > transporteur passif.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi la diffusion simple est-elle « non saturable » ?
Parce qu’elle ne passe par aucune protéine : les molécules traversent directement la bicouche lipidique. Il n’y a pas de « place à saturer ». En augmentant le gradient ΔC, le flux Ji augmente linéairement (loi de Fick). À l’inverse, les canaux et transporteurs ont un nombre fini de sites ou de pores : au-delà d’une certaine concentration, le flux plafonne.
Quelle est la différence entre un canal et un transporteur ?
Le canal forme un pore aqueux continu : ouvert, il laisse passer les ions très rapidement (millions/s) sans changement de conformation majeur. Le transporteur lie le soluté et bascule de conformation (mécanisme en sas), ce qui le rend bien plus lent (milliers/s) mais très sélectif. Autre distinction : les canaux servent principalement aux ions, les transporteurs aux molécules neutres (glucose, acides aminés).
Que signifie physiquement le signe « − » dans la loi de Fick ?
Le gradient ΔC/Δx indique la direction dans laquelle la concentration augmente. Le flux Ji va dans la direction opposée (du concentré vers le dilué) : le signe « − » traduit cette opposition. Autrement dit, les molécules « descendent leur pente de concentration ». À l’équilibre, ΔC = 0 donc Ji = 0 : le flux net est nul (mais les échanges bidirectionnels continuent à taux égaux — équilibre dynamique).
Comment une protéine canal peut-elle augmenter D de la membrane ?
D est le coefficient de diffusion apparent de la membrane. Sans canal, la membrane lipidique est quasi-imperméable aux ions (D très faible pour Na+, K+, etc.). Quand un canal s’ouvre, il crée un chemin aqueux direct qui annule la résistance liée à la partie hydrophobe : D apparent pour cet ion augmente fortement. Plus il y a de canaux ouverts, plus D apparent est élevé.
Canal, transporteur ou diffusion simple — comment choisir au concours ?
Trois critères : (1) taille et charge : petites molécules neutres/hydrophobes → diffusion simple ; ions → canal ; grosses molécules neutres polaires (glucose) → transporteur ; (2) saturation : si saturable → canal ou transporteur ; si non saturable → diffusion simple ; (3) vitesse : très rapide → canal ; lent → transporteur. La dépense d’énergie (ATP) oriente vers le transport actif (leçon 3-2).
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.