Le voyage des ions: aides et obstacles

Prenons l'exemple du corps humain: il est composé à 65 % d'eau. La vie s'y manifeste par un mouvement permanent d'ions, favorisé par la structure particulière de l'eau. Qu'est-ce qui ordonne ces mouvements, et leur permet de favoriser certains objectifs tels que la transmission d'informations, le mouvement, la pensée même?

Réponse: des membranes, des différences de potentiel ou de concentration, des portes ou canaux, des pompes ioniques.

Des membranes

Lorsqu'une membrane adéquate sépare deux espaces contenant de l'eau et des ions, ces ions ne peuvent la traverser. Une des membranes les plus répandues est la membrane qui envelope les cellules.

Des différences de concentration

Lorsque, des deux côtés d'une membrane, les concentrations d'un ion donné sont différentes, les ions ont tendance à combler cette différence en se déplaçant vers le côté de plus faible concentration.

Des différences de potentiel

Lorsque, d'un côté d'une membrane, les charges positives des ions sont plus nombreuses que les charges négatives, et qu'il n'en est pas de même de l'autre côté, il en résulte un potentiel positif qui attire les ions négatifs, et l'inverse est vrai.
On parle de "potentiel de membrane".

Des portes qui s'ouvrent et se ferment

Si une membrane est percée de trous, les ions pourront y passer sous l'influence des différences de potentiel et/ou de concentration. L'astuce, c'est que certaines portes sont spécialisées, et peuvent être commandées. Par exemple, une porte peut ne laisser passer que les ions Na⁺, et être ouverte ou fermée sur commande.

Que sont de telles portes? On les appelle aussi "canaux ioniques". Ce sont des protéines très spécialisées, implantées dans la membrane, et qui peuvent être commandées soit par un signal électrique, soit par un signal chimique.

Des pompes ioniques

On peut deviner que, par le simple jeu des éléments cités ci-dessus, aussi sophistiquée soit leur commande, on ne pourra que laisser agir les pressions existantes, ce qui aura pour effet de les annuler et d'engendrer alors l'immobilisme. C'est un peu comme dans le cas d'une batterie électrique: lorsque tous les ions ont voyagé d'une électrode à l'autre, la batterie est déchargée, il faut la recharger.

Dans le corps humain, cette "recharge" est le rôle des pompes ioniques, notamment de la pompe à sodium/potassium. Elles servent, après l'action, à rétablir les concentrations ioniques initiales. Pour ce faire, elles ont besoin d'énergie, et cette énergie leur est fournie par l'ATP.

L'ATP, transporteur d'énergie

L'ATP est une de ces molécules-miracles rencontrées dans les êtres vivants. Son nom exact est adénosine triphosphate. Elle contient trois groupes d'atomes appelés "phosphate". C'est en se débarrassant d'un de ces groupes qu'elle fournit de l'énergie pour une opération biologique. Elle devient alors adénosine diphosphate, ou ADP.

Mais l'ADP peut redevenir ATP, et ainsi se recharger en énergie. Comment? Soit au moyen de la lumière (photosynthèse), soit à l'occasion de la respiration.