Les relations entre les ions de sodium et l'absorption intestinale d'acides aminés

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    30-Aug-2016

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<ul><li><p>BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA 61 </p><p>BBA 45376 </p><p>LES RELATIONS ENTRE LES IONS DE SODIUM ET </p><p>L'ABSORPTION INTESTINALE D'ACIDES AMINES </p><p>j . vv. L. ROBINSON* </p><p>Laboratoire de Biochimie Clinique, Cliniqz*e M~dicale Universilaire, La**sanne (Suisse) </p><p>(Re~u le 28 janvier, 1966) </p><p>SUMMARY </p><p>The relationships between sodium ions and the intestinal absorption of amino acids I. The intestinal absorption of L-phenylalanine, determined by measuring the </p><p>accumulation of the labelled amino acid in the tissue during an incubation in vitro, shows an absolute dependence on the presence of sodium ions in the incubation medium. In the absence of these ions, there exists a barrier against the penetration of the amino acid into the mucosal cells. During gradual ageing of the tissue in vitro, the loss of efficiency of this barrier is coincident with the loss in capacity to transport the amino acid against a concentration gradient. </p><p>2. The accumulation of L-phenylalanine by a fragment of intestine is dependent on, but is not directly proportional to, the sodium ion concentration of the incubation medium. </p><p>3. After preincubation in a sodium-free medium, a tissue sample is no longer capable of transporting L-phenylalanine against a concentration gradient; the findings resemble those following preincubation under anaerobic conditions. Nevertheless, the tissue continues to respire normally and to maintain the barrier against non-specific entry into the mucosal cells in the absence of these ions. Furthermore, perfusion of a loop of rat intestine in vivo with a sodium-free buffer solution has no deleterious effect on its subsequent ability to absorb L-phenylalanine in vitro. These apparently contradictory results are discussed in the light of the most modern theories of in- testinal transport of non-electrolytes. </p><p>4. The exit of labelled L-phenylalanine from a tissue previously saturated with this substrate may be stimulated by the presence of the unlabelled amino acid in the surrounding medium. This mechanism is also dependent on the presence of sodium ions in the solution. The full interpretation of these results must wait until it has been shown in which membrane of the cell this exchange mechanism takes place. </p><p>INTRODUCTION </p><p>La distribution asym6trique des ions sodium et potassium de part et d'autre d'une membrane cellulaire est une propri6t6 caract6ristique de la cellule vivante, </p><p>* Adresse actuelle: Institut fiir vegetative Physiologie, Universit~tskliniken, Frankfurt-am- Main, Deutschland. </p><p>Biochim. Biophys. Acta, 126 (1966) 61-72 </p></li><li><p>()2 J .w .L . ROBINS()N </p><p>propri6t6 6troitement impliqu6e dans le transport de non-61ectrolvtes ~t travers la membrane1, ~. R~cemment on a dmis t'hypothbse que cette asymdtrie pouvait ~,tr~' responsable de l 'dtablissement ainsi que du maintien d'un gradient de concentration it travers la membrane luminale de la cellule 6pith61iale intestinale". On a d6montrd dans plusieurs laboratoires ~,a,4 clue la prfsence des ions sodium est absolument ndo,s- saire pour le transport intestinal des monosaecharides et acides aminds, et on a sugg6r6a, a que ces ions forment un complexe ternaire avec le non-dlectrolyte et ml transporteur prot6inique lors du passage de la lumi6re intestinale dans la cellulc. Cependant, il existe dgalement dans la cellule un m4canisme selon lequel le sodium est expuls6 de la cellule dbs qu'i l y p6n6,tre 6, de sorte que la concentration des i .ns sodium /~ l ' int6rieur de la cellule est maintenue ~t un taux faible. ('es rdsultats ont donn6 naissance i~ la th6orie sur le transport des monosaccharides et des acides ainin6s contre un gradient de concentration, sugg6rant que celui-ci ~st l)row}qu6 par le passage de sodium d'une r4gion de haute concentration ~t une de concentration inf6rieure dans la cellule 2,",7. Cette hypoth?~se serait soutenue par les eXl)drienccs &amp;' CmtxE 8, qui a r6ussi i inverser la direction du transport des sucres contre un gradient de concentration, en saturant au pr6alable la eellule avec du sodium et du suet,. I1 l 'a ensuite incubde dans un milieu sans sodium, mais contenant le monosaeeharide : pendant cette incubation, le sodium sort de la cellule en provoquant ainsi la s~)rtie du sucre contre un gradient de concentration. </p><p>Dans un prdcddent article 4, nous avons mis en 6vidence la prdsence d'une bar- ri6re s 'opposant "k l 'entr6e d'acides amin6s dans les cellules @ith4liales tie la muqucus~ en absence de sodium, et nous awms d6fini trois diff6rents modes de pdndtration dans les fragments d' intest in incub6,s i~ vitro dans une solution d'acide amind'WL Ces m()dt,s de p6ndtration dans le tissu intestinal ont pu Otre 6tablis en uti l isant des conditions diff4rentes d ' incubat ion: (I) en absence d'i(}ns sodium, l 'acide amin6 ne peut entn'r dans le tissu que par diffusion dans la patt ie musculaire; (2) en pr6sence de sodium mais en al)sence d'dnergie cellulaire (cr6d par l'emt)loi de 2,4-dinitrot)h~}nol ou par d~'s conditions ana6robiques), l 'acide aminfi peut entrer dans les eellules mucosales, mais un gradient de concentration ne peut pas 'tre 6tabli; (3) en prdsence (t'i, ms sodium et d 'oxygdnat ion ad6tluate, un tissu viable peut accumuler l 'aeide amin6 contrt~ un gradient de concentration. </p><p>Ce prdsent travai l veut confirmer ces rdsultats et apporter de nouvelles preuw's favorables ~'t la th~orie d6ja exposfe, e'est-fl-dire en faveur d'un transport actif d'acides aminds par les cellules @ith6liales de la nmqueuse intestinale, secondaire an flux de sodium Atravers l ' intestin. </p><p>MI~THODES </p><p>La prise d'acide amin6 par incubation d'un fragment d' intest in est mesurfe par la m6thode pr6c6demment d6crite 4. Le principe est bas6 sur la d4termination de la radioaetivit6 totale contenue dans le fragment apr6s incubation de ce dernier dans une solution de L-ph6nylalanine marqu4e au ~4C; si on connait l 'activit6 sp4cifiquc du milieu d' incubation, il est alors possible de calculer la quantit6 d'acide amind absorb4 par le fragment de tissu. </p><p>L ' intest in est pr61ev6 chez un rat anesth6si6, lay6 avec une solution physio- logique de NaC1, et coup6 en rondelles d'environ 2o mg. Apr6s nne courte p6riode </p><p>t~iockim. Biophys. Acla. 126 (I966) 61-72 </p></li><li><p>Na + ET L'ABSORPTION INTESTINALE D'ACIDES AMINI~S 63 </p><p>d'6quilibration dans le tampon d'incubation, chaque morceau est incub6 s@ar~ment pendant I h ~ 37 dans une solution contenant de l'acide amin6 radioactif. Aprils l'incubation, chaque moreeau d'intestin est pes6 et dig6r6 dans o.I ml d'une solution aqueuse de KOH ~t 3o %. Ce m61ange est ensuite transf6r6 quantitativement dans une solution pour comptage par scintillation en phase liquide, contenant du toluene et de l'6thanol. Des aliquotes du milieu d'incubation sont compt6s simultan6ment. </p><p>Dans les travaux ant6rieurs4, 9, nous avons d6montr~ que ron peut apporter une correction ~ raccumulation totale d'acide amin6 en d6terminant l'616ment non- sp6cifique d'entr~e dans le tissu par une incubation de rondelles parall~les dans une solution d'acide amin6 ne contenant pas d'ions de sodium. Dans ces conditions, l'acide amin~ peut entrer dans la partie musculaire du tissu sans pouvoir p~n6trer dans les cellules mucosales. Ce tampon est pr6par6 en rempla~ant tous les sels de sodium du tampon bicarbonate de Krebs 1 par une quantitfi 6quimolaire de sels de potassium. La diff6renee obtenue ainsi entre l'accumulation d'acide amin6 par des rondelles incub6es dans une solution contenant du sodium et celles incub6es dans un milieu priv6 de sodium, fournit une mesure de l'absorption spficifique du substrat. Dans les exp~riences d6crites ci-dessous, les rondelles subissent certains traitements pr6alables, mentionn~s avec les rfisultats de chaque essai, puis leurs capacit~s d'ab- sorption sont mesur6es en appliquant la correction pour l'fil6ment non-sp6cifique d'accumulation. </p><p>La respiration du tissu est d6termin6e en 6valuant la consommation d'oxyg~ne dans un manom~tre de Warburg lors d'une incubation dans un tampon phosphate Krebs-Ringer 1 ou un tampon sans sodium de pH 7.4 eompos6 de KH2PO 4 et KOH (ref. IO). Chacun de ces tampons contenait o.2 % de glucose. </p><p>L'analyse statistique des r6sultats exprim6s dans les Tableaux I, I I I ,V, et V Ise fait selon la m6thode de WARDLAW ET VAN BELLE 11. Cinq rondelles de tissu d'un seul rat sont trait6es selon chaque condition exp6rimentale, et puis l'exp6rience est r6p6t6e trois fois en employant d'autres rats. Les rdsultats sont alors soumis/t une analyse de variance globale/~ trois variables, d'o~ on obtient "D" qui signifie la plus petite diff6rence entre deux moyennes qui soit assur~e ~t diff~rents niveaux de signification. "Dp . . . . 5" veut dire la valeur de "D" significative pour P 6gal/~ o.o5. </p><p>RESULTATS </p><p>Un morceau d'intestin peut survivre quelques heures apr~s son pr61&amp;vement, condition qu'on lui fournisse une oxyg6nation ad6quate et que le milieu qui l'entoure </p><p>soit tamponn6 de fa~on appropri6e 9. Durant la conservation, sa capacit~ d'accumuler un acide amin6 diminue toutefois graduellement. Comme l'accumulation d'un acide amin6 est la somme de trois compartiments ou modes de p6n6tration diff6rents 4, il est utile d'6tudier les ehangements subis par chacun lors de la diminution fonc- tionnelle progressive. Les r6sultats d'une telle exp6rience sont donn6s au Tableau I : les fragments d'intestin sont soumis ~ une pr6incubation ~ 37 dans le tampon bicar- bonate oxygfin6 de Krebs, contenant o.2 % de glucose, pendant des dur6es diff6rentes. Puis leurs capacit6s d'absorber de la L-ph6nylalanine marqu6e sont mesur6es en trois milieux diff6rents: (I) le tampon bicarbonate oxygen6 de Krebs; (2) le tampon bicar- bonate oxyg6n6 de Krebs contenant I mM de 2,4-dinitroph6nol; et (3) le tampon bicarbonate modifi6 dans lequel tousles ions de sodium sont remplac~s avec des ions </p><p>Biochim. Biophys. Acta, 126 (1966) 61- 7 </p></li><li><p>()4 J, W, L. ROBINSON </p><p>"I'.kI31J~AI; 1 </p><p>MOI)IFICATJONS I).\NS LES COMPARTIMENTS D'ENTRI';E LORS DU VIEILL ISSEMENT I)U TISSU </p><p>Los dchanti l lons sent prdincub4s pendant des durdes diff6rentcs clans le tampon bicarbonate oxygdn6 de l&amp;ebs 1 it 37 , puis leurs capacit6s &amp;absorber la L-phdnylalanine (5 raM) dissoutc dans des tampons diff6rents sent ddtermin(,es ( "compart iments mesur6s") lors d'une deuxi6me incu- bat ion de ~ h k 37 . Trois expdriences identiques sent rdalis6es: par exp6rience, quatre dchantillons de tissu sent cmploy6s dans chaque condition. Toutes les valeurs sent exprimdes en /mmles (h Dph6nyla lan ine absorbde par too mg de tissu frais. Un test de F d6montre que la population "Krebs q- -,,4-dinitrophdnol" est homoghne. I.a corrdlation entre la perte de transport aetif et I:l perte de diffusion facilit('e est tr6s signiftcative (P 0.0o5; r -- + 0.934). </p><p>Durde de la Comparliments mesur~s Compartimenls calculds EnIrA prE~incubatim~ . . . . . . . spdcifiqltc totaA' (h) d bsorptim2 da~s ta~pon : </p><p>Krebs Krebs Sans Transporl Diffztsiou seld }-2,4 dini- sodium actif facilit&amp; </p><p>l;'opt~dmd (4) (5) (6) () (e) (:~) ( - ' ) (~ .~) (4 F 5) </p><p>o i .t48 o.478 o.203 0.670 o.zt 5 o.885 o. 5 t.24o 0. 51 o o.253 o. 73 o._'57 o.987 I 1,08S 0.445 o.z90 o.643 o. I49 o.792 2 o.975 0-457 0.332 0. 5 ~ 8 o. I25 0.043 3 o. 8o8 o.438 o. 348 0,37 o.ogo 0.400 4 o.7o9 o ,450 0 .398 o.253 0.058 0. 31 t </p><p>i )p = 0.05 o. t 800 o.0474 o.o4o 9 ])p =0.m 0.:473 o.o664 0.0573 Dp = o.001 o.3217 o.o939 o.o8io </p><p>de potassium. Comme nous l'avons d6crit ant6rieurement 4, l'absorption en absence de sodium donne une mesure de la diffusion libre dans le tissu, la diff6rence entre l'absorption en absence de sodium et celle en pr6sence de 2,4-dinitroph6nol correspond au compartiment de diffusion facilit6e, tandis que la diff4rence entre l'accumulation en absence et en pr6sence de 2,4-dinitroph6nol (dans la pr6sence de Na +) fournit la valeur du transport actif. Dans le Tableau I, on constate que, lots du vieillissement du tissu, chacun des compartiments calcul6s diminue et qu'il existe une bonne corrd- lation entre ces diminutions (P = o.oo5). I1 faudra peut-&amp;re remarquer que, lorsque le tissu n'est presque plus viable, la grande majorit6 de l'acide amin6 p6n6tre dans le tissu par diffusion libre 9. Les valeurs de 'Tentr6e sp6cifique" constituent la somme de la diffusion facilit6e et le transport actif dans chaque cas. I1 sera d6montr6 ci- dessous que le transport actif n'est qu'une extension de la diffusion facilit6e et que leurs propri6t~s sent identiques: de ce fait, ils seront dor6navant trait&amp; ensemble. </p><p>Les r6sultats rapport6s dans le Tableau I d6montrent que la diffusion libre et non-sp4cifique dans le tissu augmente lorsque la muqueuse commence fl perdre sa viabilit6; cette observation signifie qu'en absence de sodium, l'acide amin6 ne peut pas p6n6trer dans les cellules de la muqueuse (comme nous l'avons d6montr6 prd- alablement~), mais cette barri6re centre l'entr6e non-sp6cifique d'acides amin4s dis- parait graduellement en m~me temps que la muqueuse perd sa capacit6 d'accumuler un acide amin4 centre un gradient de concentration. Ceci sugg6re qu'il y a une relation intime entre le m&amp;anisme du transport actif et la barri6re s'opposant 2 l'entr6e de l'acide amin6 dans les cellules de la muqueuse en absence de sodium. </p><p>Biochim. Biophys. 4cta, ~26 0966) 61-72 </p></li><li><p>Na + ET L'ABSORPTION INTESTINALE D'ACIDES AMINI~S 6 5 </p><p>L'importance des ions sodium dans le milieu d'incubation est soulign6e par les r6sultats exprim6s dans la Fig. I. Dans cette exp6rience, on a mesur6 la quantit6 de L-ph6nylalanine absorb6e pendant des incubations de rondelles dans diff6rents milieux contenant des taux variables d'ions de sodium. Chaque solution est rendue iso-osmo- tique en rempla~ant les ions sodium par des ions potassium. Ces exp6riences montrent que l'absorption de L-ph6nylalanine d@end 6troitement de la quantit6 de sodium dans le milieu, mais elle ne lui est pas directement proportionnelle. </p><p>Etant donn6 que la muqueuse intestinale n'est pas capable d'absorber de la I~, ph6nylalanine en absence d'ions de sodium, il semblait int6ressant d'~tudier si le m6tabolisme cellulaire continuait en absence de ces ions. Les r~sultats du Tableau I I d6montrent que le tissu maintient une respiration presque normale lorsque cette derni~re est mesur6e dans un tampon sans sodium. I1 semble probable que le m6tabolisme cel- lulaire subisse certaines modifications, car le tissu ne peut plus absorber du glucose en absence de sodium TM. Dans le cas d'un intestin normal, le glucose est m6tabolis6 </p><p>1.6 </p><p>1.4 </p><p>1.2 </p><p>E 0 I.(D </p><p>o.8 </p><p>:~0.6 </p><p>Q4 o </p><p>o2' </p><p>2t5 50 75 160 125 150 Concn. Na (mM) </p><p>Fig. i. Variat ion de l 'absorpt ion de L-ph6nylalanine en Ionction du taux des ions sodium dans le milieu. Des solutions de 5 mM L-ph6nylalanine sont pr6pardes dans des tampons bicarbonate contenant des taux diff6rents de Na + et K+, et sont employOes comme mil ieux d' incubat ion. Chaque point du graphique repr6sente la moyenne de six exp6riences identiques chez des an imaux diff6rents, et les lignes ve...</p></li></ul>