La figure ci-contre représente les structures cellulaires impliquées dans l'absorption du glucose. Le glucose présent dans l’intestin pénètre dans les cellules bordant l’intestin et ressort de l’autre côté de la cellule pour gagner le liquide interstitiel et le sang. Tout le glucose présent dans l'intestin finit par être absorbé. C'est donc dire que même si la concentration intestinale du glucose est très faible, celui-ci continue à traverser les cellules de l’intestin pour parvenir au sang. Les transporteurs membranaires situés du côté de la cellule faisant face au contenu de l’intestin (le haut de l'image) sont différents de ceux situés du côté en contact avec le liquide interstitiel et le sang (le bas de l'image). Le côté de la cellule dirigé vers le sang contient environ 150 000 structures B. Il n'y en a pas du côté orienté vers la nourriture à l'intérieur de l'intestin.

N.B. L’équation ATP —> ADP + P indique qu’il y a une dépense d’énergie.

Le tableau suivant montre les concentrations normales du Na⁺, du K⁺ (mM/L) et du glucose à l’intérieur de la cellule et dans le liquide interstitiel (côté sang).

a) Quelle est la nature chimique (lipide, glucide, protéine ou autre) des structures A, B et C ?

Ce sont des protéines (bien sûr !)

b) Quel serait le nom précis de la structure A ?

Canal protéique de type symport.

c) Pourquoi le glucose se dirige-t-il de l’intérieur de la cellule au sang (et non l’inverse) ? Expliquez.

Le glucose diffuse en suivant son gradient de concentration. Le tableau de la question montre que la concentration en glucose dans la cellule de l'intestin est plus grande que sa concentration dans le sang (5mM/L contre 0,005mM/L).

d) Sachant que la membrane n’est pas totalement imperméable au Na+ (il peut la traverser par de nombreux petits canaux qui ne sont pas illustrés sur le schéma de la question), est-ce que le gradient de concentration en sodium (voir le tableau des concentrations) entre l’intérieur de la cellule et le sang changerait si la structure B cessait de fonctionner ? Si oui il changerait dans quel sens (plus grand ou plus petit) ? Expliquez pourquoi.

Oui.
La structure B est un transporteur actif qui évacue continuellement le sodium de la cellule. Le sodium est transporté CONTRE son gradient de concentration (il va de 10mM/L dans la cellule à 145 mM/L dans le sang). Si la structure B cesse de fonctionner, l'entrée de sodium dans la cellule fera augmenter la concentration en sodium dans la cellule. Le gradient de concentration va donc diminuer (la différence de concentration entre la cellule et le sang va diminuer).

e) Si la structure B cessait de fonctionner, le glucose ne pourrait plus passer de l’intestin au sang SAUF si sa concentration dans l’intestin est plus grande que celle dans le sang. Pourquoi ?

Le glucose pénètre dans la cellule en diffusant à travers le canal protéique A. Ce canal est un symport. Il permet aussi la diffusion du Na+.

La structure B est un transporteur protéique nécessitant de l'énergie. Ce transporteur permet d'éliminer le Na+ de la cellule CONTRE son gradient de concentration. Tant que le transporteur actif B fonctionne, la concentration en Na+ dans la cellule demeurera faible. Le fonctionnement de la structure B maintient donc en tout temps une faible concentration de Na+ dans la cellule de l'intestin (10 mM/L).

Puisque la concentration en Na+ dans la cellule est faible, le Na+ présent dans l'intestin (sodium des aliments) diffuse facilement dans la cellule en passant par le canal protéique A (tant que sa concentration dans l'intestin dépasse 10 mM/L).

Or, le canal protéique A est un symport. Le sodium qui suit son gradient de concentration peut entraîner avec lui le glucose CONTRE son gradient de concentration (celui du glucose). Le glucose pourra donc être absorbé même si sa concentration dans l'intestin devient très faible. La seule condition, c'est qu'il doit toujours rester un peu de sodium dans l'intestin (plus de 10mM/L ce qui est faible) et comme il y a du sodium dans à peu près presque tous les aliments, ce n'est jamais vraiment un problème. C'est d'ailleurs pourquoi on ajoute du sel (donc du sodium) dans les boissons du type Gatorade).

La structure B, en permettant de maintenir le gradient de concentration en Na+, permet l'entrée du glucose contre son propre gradient de concentration. Sans le gradient de concentration en sodium, le glucose ne pourrait plus entrer contre son gradient à lui. Dès que la concentration en glucose dans l'intestin deviendrait égale à la concentration de celle dans la cellule et dans le sang, le glucose cesserait d'entrer et continuerait son chemin vers le gros intestin.