2. Transport membranaire [biologie cellulaire]

La concentration de H⁺ détermine l'acidité d'une solution. Le pH (-log [H⁺]) est la grandeur utilisée pour cette mesure. Parce que la fonction d'une protéine dépend du pH environnant, la cellule doit assurer dans ses différents compartiments un pH bien précis et stable. Les enzymes lysosomiales qui dégradent les protéines fonctionnent préférentiellement à pH 5,5 alors que les enzymes cytoplasmiques fonctionnent de façon optimale à pH 7,2. Une concentration stable en ions H⁺ (protons) ne se maintient dans le cytosol que du fait de l'existence de mécanismes de transport actif rejetant des protons hors de la cellule. Ce type de transport sert à compenser à la fois la production métabolique de molécules acides et l'entrée passive de protons.

Les échangeurs Na+/H+ et HCO₃ ^-/CI^-

Le pH cytoplasmique est essentiellement régulé par deux types d'échangeurs (parmi d'autres mécanismes non mentionnés ici) :

• Le premier échange Na⁺ externe contre H⁺ interne (Na⁺/H⁺ échangeur ou NHE). Cet échange, effectué par une famille de protéines membranaires (NHE1-5) d'un poids moléculaire d'environ 92kDa, est rendu possible par le gradient de Na⁺ et est activé par une acidification intracellulaire. La sensibilité de cet antiport aux protons est déterminée par des signaux externes tels que les facteurs de croissance par exemple.

• Le second échange HCO₃ ^- interne contre CI^- externe (échangeur d'anions ou AE2). Cet échange est rendu possible par le gradient de CI^- et est activé par une alcalinisation intracellulaire.

ATPase H⁺ , pompe à protons

Le pH des lysosomes et endosomes est régulé par l'ATPase H⁺ (classe V), une pompe localisée dans la membrane de ces organites, qui fait entrer les protons dans ces vésicules et en acidifie le contenu (pH 5,5). Cette pompe ne ressemble pas aux ATPases telles que Na⁺/K⁺ et Ca²⁺. Elle est constitutée de nombreuses sous-unités transmembranaires (a et c) et cytosoliques (A, B, C, D et E) lui donnant un poids total d'environ 270 kDa. L'hydrolyse de l'ATP produit le transport mais ne s'accompagne pas de la phosphorylation sur un résidu aspartate.

Le lysosome contient environ cinquante enzymes différentes dont la plupart sont des protéases et qui agissent à un pH optimum de 5,5. Leur rôle est de détruire les déchets, qu'ils soient d'origine externe (endocytose) ou interne.

ATPase H⁺/K⁺

Le pH gastrique est régulé par l'ATPase H⁺/K⁺ ( classe P) qui se trouve associée à la membrane plasmique des cellules gastriques pariétales de mammifère et qui transporte un proton à l'extérieur en important un ion K⁺ (respectant l'électroneutralité).

Cette pompe, constituée de deux sous-unités de 120 kDa et 50 kDa, ressemble aux ATPases Na⁺/K⁺ et Ca²⁺. L'hydrolyse de l'ATP et la phosphorylation sur le résidu asparate (369) produisent le un changement de conformation qui facilite le passage des ions. Cette pompe génère un puissant gradient de concentration de protons : la concentration de H⁺ est 10⁶ fois plus élevée dans la lumière de l'estomac que dans le cytosol de la cellule. Un environnement très acide est ainsi mis en place dans l'estomac (pH 1,5, avec 0.003 M H⁺). Le pH bas est essentiellement destiné à éliminer les micro-organismes pathogènes qui entrent avec la nourriture.