5.2 : Transport passif
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Compétences à développer
- Expliquer pourquoi et comment se produit le transport passif
- Comprendre les processus d'osmose et de diffusion
- Définir la tonicité et décrire sa pertinence pour le transport passif
Les membranes plasmiques doivent permettre à certaines substances d'entrer et de sortir d'une cellule et empêcher l'entrée de certaines substances nocives et la sortie de certaines matières essentielles. En d'autres termes, les membranes plasmiques sont sélectivement perméables : elles laissent passer certaines substances, mais pas d'autres. S'ils perdaient cette sélectivité, la cellule ne serait plus en mesure de subvenir à ses besoins et elle serait détruite. Certaines cellules ont besoin de plus grandes quantités de substances spécifiques que d'autres cellules ; elles doivent disposer d'un moyen d'obtenir ces substances à partir de fluides extracellulaires. Cela peut se produire de manière passive, lorsque certains matériaux se déplacent d'avant en arrière, ou que la cellule peut avoir des mécanismes spéciaux qui facilitent le transport. Certains matériaux sont si importants pour une cellule qu'elle dépense une partie de son énergie à hydrolyser l'adénosine triphosphate (ATP) pour obtenir ces matériaux. C'est exactement pour cela que les globules rouges utilisent une partie de leur énergie. Toutes les cellules dépensent la majeure partie de leur énergie pour maintenir un déséquilibre des ions sodium et potassium entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule.
Les formes les plus directes de transport membranaire sont passives. Le transport passif est un phénomène naturel qui ne nécessite aucune énergie de la cellule pour accomplir le mouvement. Lors du transport passif, les substances se déplacent d'une zone de concentration plus élevée vers une zone de concentration plus faible. Un espace physique dans lequel il existe une gamme de concentrations d'une seule substance est considéré comme présentant un gradient de concentration.
Perméabilité sélective
Les membranes plasmiques sont asymétriques : l'intérieur de la membrane n'est pas identique à l'extérieur de la membrane. En fait, il existe une différence considérable entre la gamme de phospholipides et de protéines entre les deux folioles qui forment une membrane. À l'intérieur de la membrane, certaines protéines servent à ancrer la membrane aux fibres du cytosquelette. Des protéines périphériques situées à l'extérieur de la membrane se lient aux éléments de la matrice extracellulaire. Les glucides, attachés aux lipides ou aux protéines, se trouvent également sur la surface extérieure de la membrane plasmique. Ces complexes de glucides aident la cellule à lier les substances dont elle a besoin dans le liquide extracellulaire. Cela renforce considérablement la nature sélective des membranes plasmiques (Figure\(\PageIndex{1}\)).
Rappelons que les membranes plasmiques sont amphiphiles : elles possèdent des régions hydrophiles et hydrophobes. Cette caractéristique facilite le mouvement de certains matériaux à travers la membrane et empêche le mouvement des autres. Un matériau liposoluble de faible poids moléculaire peut facilement passer à travers le noyau lipidique hydrophobe de la membrane. Des substances telles que les vitamines liposolubles A, D, E et K passent facilement à travers les membranes plasmiques du tube digestif et d'autres tissus. Les médicaments et les hormones liposolubles pénètrent également facilement dans les cellules et sont facilement transportés dans les tissus et les organes du corps. Les molécules d'oxygène et de dioxyde de carbone ne sont pas chargées et passent donc à travers les membranes par simple diffusion.
Les substances polaires présentent des problèmes pour la membrane. Bien que certaines molécules polaires se connectent facilement à l'extérieur d'une cellule, elles ne peuvent pas facilement traverser le noyau lipidique de la membrane plasmique. De plus, alors que de petits ions peuvent facilement se glisser à travers les espaces de la mosaïque de la membrane, leur charge les empêche de le faire. Les ions tels que le sodium, le potassium, le calcium et le chlorure doivent disposer de moyens spéciaux pour pénétrer dans les membranes plasmiques. Les sucres simples et les acides aminés ont également besoin d'une aide pour leur transport à travers les membranes plasmiques, assuré par diverses protéines (canaux) transmembranaires.
Diffusion
La diffusion est un processus de transport passif. Une seule substance a tendance à se déplacer d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration jusqu'à ce que la concentration soit égale dans un espace. Vous connaissez la diffusion de substances dans l'air. Par exemple, imaginez quelqu'un qui ouvre une bouteille d'ammoniaque dans une pièce remplie de monde. Le gaz ammoniac est à sa concentration la plus élevée dans la bouteille ; sa concentration la plus faible se trouve sur les bords de la pièce. La vapeur d'ammoniac se diffusera ou se répandra loin de la bouteille et, progressivement, de plus en plus de personnes sentiront l'ammoniac au fur et à mesure qu'il se répand. Les matériaux se déplacent dans le cytosol de la cellule par diffusion, et certains matériaux traversent la membrane plasmique par diffusion (Figure\(\PageIndex{2}\)). La diffusion ne consomme aucune énergie. Au contraire, les gradients de concentration sont une forme d'énergie potentielle, dissipée lorsque le gradient est éliminé.
Chaque substance distincte présente dans un milieu, tel que le liquide extracellulaire, possède son propre gradient de concentration, indépendant des gradients de concentration des autres matériaux. De plus, chaque substance diffusera selon ce gradient. Au sein d'un système, les vitesses de diffusion des différentes substances présentes dans le milieu seront différentes.
Facteurs influant sur la diffusion
Les molécules se déplacent constamment de manière aléatoire, à une vitesse qui dépend de leur masse, de leur environnement et de la quantité d'énergie thermique qu'elles possèdent, elle-même fonction de la température. Ce mouvement explique la diffusion des molécules quel que soit le milieu dans lequel elles sont localisées. Une substance aura tendance à se déplacer dans n'importe quel espace disponible jusqu'à ce qu'elle y soit uniformément répartie. Une fois qu'une substance s'est complètement diffusée dans un espace, supprimant ainsi son gradient de concentration, les molécules se déplacent toujours dans l'espace, mais il n'y aura aucun mouvement net du nombre de molécules d'une zone à l'autre. Cette absence de gradient de concentration dans lequel il n'y a aucun mouvement net d'une substance est connue sous le nom d'équilibre dynamique. Bien que la diffusion progresse en présence d'un gradient de concentration d'une substance, plusieurs facteurs influent sur la vitesse de diffusion.
- Ampleur du gradient de concentration : Plus la différence de concentration est grande, plus la diffusion est rapide. Plus la distribution de la matière se rapproche de l'équilibre, plus la vitesse de diffusion est lente.
- Masse des molécules diffusantes : Les molécules plus lourdes se déplacent plus lentement ; elles diffusent donc plus lentement. L'inverse est vrai pour les molécules plus légères.
- Température : Les températures plus élevées augmentent l'énergie et donc le mouvement des molécules, augmentant ainsi le taux de diffusion. Des températures plus basses diminuent l'énergie des molécules, diminuant ainsi le taux de diffusion.
- Densité du solvant : Lorsque la densité d'un solvant augmente, la vitesse de diffusion diminue. Les molécules ralentissent parce qu'elles ont plus de mal à traverser le milieu plus dense. Si le milieu est moins dense, la diffusion augmente. Comme les cellules utilisent principalement la diffusion pour déplacer les matériaux à l'intérieur du cytoplasme, toute augmentation de la densité du cytoplasme inhibe le mouvement des matériaux. Une personne souffrant de déshydratation en est un exemple. À mesure que les cellules du corps perdent de l'eau, le taux de diffusion diminue dans le cytoplasme et les fonctions des cellules se détériorent. Les neurones ont tendance à être très sensibles à cet effet. La déshydratation entraîne fréquemment une perte de conscience et peut-être un coma en raison de la diminution du taux de diffusion au sein des cellules.
- Solubilité : Comme indiqué précédemment, les matériaux non polaires ou liposolubles traversent les membranes plasmiques plus facilement que les matériaux polaires, ce qui permet un taux de diffusion plus rapide.
- Surface et épaisseur de la membrane plasmique : L'augmentation de la surface augmente le taux de diffusion, alors qu'une membrane plus épaisse le réduit.
- Distance parcourue : Plus la distance que doit parcourir une substance est grande, plus la vitesse de diffusion est lente. Cela place une limite supérieure à la taille des cellules. Une grande cellule sphérique mourra parce que les nutriments ou les déchets ne peuvent ni atteindre ni quitter le centre de la cellule, respectivement. Par conséquent, les cellules doivent soit être de petite taille, comme dans le cas de nombreux procaryotes, soit aplaties, comme c'est le cas pour de nombreux eucaryotes unicellulaires.
Une variante de la diffusion est le processus de filtration. Lors de la filtration, le matériau se déplace en fonction de son gradient de concentration à travers une membrane ; parfois, la vitesse de diffusion est accrue par la pression, ce qui permet aux substances de filtrer plus rapidement. Cela se produit dans les reins, où la pression artérielle fait sortir du sang de grandes quantités d'eau et des substances dissoutes, ou solutés, qui les accompagnent vers les tubules rénaux. Dans ce cas, le taux de diffusion dépend presque totalement de la pression. L'un des effets de l'hypertension artérielle est l'apparition de protéines dans l'urine, qui sont « absorbées » par une pression anormalement élevée.
Transport facilité
Dans le cadre du transport facilité, également appelé diffusion facilitée, les matériaux diffusent à travers la membrane plasmique à l'aide de protéines membranaires. Il existe un gradient de concentration qui permettrait à ces matériaux de se diffuser dans la cellule sans dépenser d'énergie cellulaire. Cependant, ces matériaux sont des ions, des molécules polaires qui sont repoussées par les parties hydrophobes de la membrane cellulaire. Les protéines de transport facilitées protègent ces matériaux de la force répulsive de la membrane, leur permettant ainsi de se diffuser dans la cellule.
La matière transportée est d'abord fixée à des récepteurs de protéines ou de glycoprotéines situés sur la surface extérieure de la membrane plasmique. Cela permet de retirer du liquide extracellulaire le matériau nécessaire à la cellule. Les substances sont ensuite transmises à des protéines intégrales spécifiques qui facilitent leur passage. Certaines de ces protéines intégrales sont des collections de feuilles bêta-plissées qui forment un pore ou un canal à travers la bicouche de phospholipides. D'autres sont des protéines porteuses qui se lient à la substance et facilitent sa diffusion à travers la membrane.
Chaînes
Les protéines intégrales impliquées dans le transport facilité sont collectivement appelées protéines de transport, et elles fonctionnent soit comme des canaux pour le matériau, soit comme des supports. Dans les deux cas, il s'agit de protéines transmembranaires. Les canaux sont spécifiques à la substance transportée. Les protéines des canaux possèdent des domaines hydrophiles exposés aux fluides intracellulaires et extracellulaires ; elles possèdent en outre un canal hydrophile traversant leur noyau qui fournit une ouverture hydratée à travers les couches membranaires (Figure\(\PageIndex{3}\)). Le passage à travers le canal permet aux composés polaires d'éviter la couche centrale non polaire de la membrane plasmique qui, autrement, ralentirait ou empêcherait leur entrée dans la cellule. Les aquaporines sont des protéines canalaires qui permettent à l'eau de traverser la membrane à une vitesse très élevée.
Les protéines du canal sont soit ouvertes à tout moment, soit elles sont « fermées », ce qui contrôle l'ouverture du canal. La fixation d'un ion particulier à la protéine du canal peut contrôler l'ouverture, ou d'autres mécanismes ou substances peuvent être impliqués. Dans certains tissus, les ions sodium et chlorure passent librement à travers des canaux ouverts, tandis que dans d'autres tissus, une porte doit être ouverte pour permettre le passage. Un exemple de cela se produit dans le rein, où les deux formes de canaux se trouvent dans différentes parties des tubules rénaux. Les cellules impliquées dans la transmission des impulsions électriques, telles que les cellules nerveuses et musculaires, possèdent des canaux fermés pour le sodium, le potassium et le calcium dans leurs membranes. L'ouverture et la fermeture de ces canaux modifient les concentrations relatives de ces ions sur les côtés opposés de la membrane, ce qui facilite la transmission électrique le long des membranes (dans le cas des cellules nerveuses) ou la contraction musculaire (dans le cas des cellules musculaires).
Protéines vecteurs
Un autre type de protéine intégrée dans la membrane plasmique est une protéine porteuse. Cette protéine bien nommée lie une substance et, ce faisant, déclenche un changement de sa propre forme, déplaçant la molécule liée de l'extérieur de la cellule vers son intérieur (Figure\(\PageIndex{4}\)) ; selon le gradient, la matière peut se déplacer dans la direction opposée. Les protéines porteuses sont généralement spécifiques à une seule substance. Cette sélectivité s'ajoute à la sélectivité globale de la membrane plasmique. Le mécanisme exact du changement de forme est mal connu. Les protéines peuvent changer de forme lorsque leurs liaisons hydrogène sont affectées, mais cela n'explique peut-être pas complètement ce mécanisme. Chaque protéine porteuse est spécifique à une substance, et il existe un nombre limité de ces protéines dans chaque membrane. Cela peut entraîner des problèmes lors du transport d'une quantité suffisante de matériau pour que la cellule fonctionne correctement. Lorsque toutes les protéines sont liées à leurs ligands, elles sont saturées et le taux de transport est maximal. L'augmentation du gradient de concentration à ce point n'entraînera pas d'augmentation du taux de transport.
Un exemple de ce processus se produit dans le rein. Le glucose, l'eau, les sels, les ions et les acides aminés nécessaires à l'organisme sont filtrés dans une partie du rein. Ce filtrat, qui comprend du glucose, est ensuite réabsorbé dans une autre partie du rein. Comme il n'existe qu'un nombre limité de protéines porteuses du glucose, si la quantité de glucose présente est supérieure à celle que les protéines peuvent supporter, l'excédent n'est pas transporté et est excrété par l'organisme dans les urines. Chez une personne diabétique, cela se décrit comme un « déversement de glucose dans l'urine ». Un groupe différent de protéines porteuses appelées protéines de transport du glucose, ou GLUT, est impliqué dans le transport du glucose et d'autres sucres hexoses à travers les membranes plasmiques de l'organisme.
Les protéines canalaires et porteuses transportent la matière à des vitesses différentes Les protéines de canal se transportent beaucoup plus rapidement que les protéines porteuses. Les protéines de canal facilitent la diffusion à raison de dizaines de millions de molécules par seconde, tandis que les protéines porteuses agissent à un rythme de mille à un million de molécules par seconde.
Osmose
L'osmose est le mouvement de l'eau à travers une membrane semi-perméable en fonction du gradient de concentration de l'eau à travers la membrane, qui est inversement proportionnel à la concentration des solutés. Alors que la diffusion transporte la matière à travers les membranes et à l'intérieur des cellules, l'osmose transporte uniquement de l'eau à travers une membrane et la membrane limite la diffusion des solutés dans l'eau. Il n'est pas surprenant que les aquaporines qui facilitent la circulation de l'eau jouent un rôle important dans l'osmose, principalement dans les globules rouges et les membranes des tubules rénaux.
Mécanisme
L'osmose est un cas particulier de diffusion. L'eau, comme les autres substances, passe d'une zone à forte concentration à une zone à faible concentration. Une question évidente est de savoir ce qui fait bouger l'eau. Imaginez un bécher avec une membrane semi-perméable séparant les deux côtés ou moitiés (Figure\(\PageIndex{5}\)). Sur les deux côtés de la membrane, le niveau d'eau est le même, mais il existe différentes concentrations d'une substance dissoute, ou d'un soluté, qui ne peut pas traverser la membrane (sinon, les concentrations de chaque côté seraient équilibrées par le soluté traversant la membrane). Si le volume de la solution des deux côtés de la membrane est le même, mais que les concentrations de soluté sont différentes, alors il y a différentes quantités d'eau, le solvant, de chaque côté de la membrane.
Pour illustrer cela, imaginez deux verres d'eau pleins. L'une contient une cuillère à café de sucre, tandis que la seconde contient un quart de tasse de sucre. Si le volume total des solutions dans les deux tasses est le même, quel gobelet contient le plus d'eau ? Comme la grande quantité de sucre dans la deuxième tasse prend beaucoup plus de place que la cuillère à café de sucre dans la première tasse, la première tasse contient plus d'eau.
Pour en revenir à l'exemple du bécher, rappelons qu'il contient un mélange de solutés de chaque côté de la membrane. Un principe de diffusion est que les molécules se déplacent et se répartissent uniformément dans le milieu si possible. Cependant, seul le matériau capable de traverser la membrane diffusera à travers celle-ci. Dans cet exemple, le soluté ne peut pas diffuser à travers la membrane, mais l'eau le peut. L'eau présente un gradient de concentration dans ce système. Ainsi, l'eau diffusera le long de son gradient de concentration, traversant la membrane jusqu'au côté où elle est moins concentrée. Cette diffusion de l'eau à travers la membrane, l'osmose, se poursuivra jusqu'à ce que le gradient de concentration de l'eau atteigne zéro ou jusqu'à ce que la pression hydrostatique de l'eau équilibre la pression osmotique. L'osmose se produit constamment dans les systèmes vivants.
Tonicité
La tonicité décrit comment une solution extracellulaire peut modifier le volume d'une cellule en agissant sur l'osmose. La tonicité d'une solution est souvent directement liée à l'osmolarité de la solution. L'osmolarité décrit la concentration totale en soluté de la solution. Une solution à faible osmolarité possède un plus grand nombre de molécules d'eau par rapport au nombre de particules de soluté ; une solution à osmolarité élevée contient moins de molécules d'eau par rapport aux particules de soluté. Dans une situation où des solutions de deux osmolarités différentes sont séparées par une membrane perméable à l'eau, mais pas au soluté, l'eau se déplace du côté de la membrane présentant une osmolarité plus faible (et plus d'eau) vers le côté présentant une osmolarité plus élevée (et moins d'eau). Cet effet est logique si vous vous souvenez que le soluté ne peut pas se déplacer à travers la membrane et que, par conséquent, le seul composant du système qui peut se déplacer, l'eau, suit son propre gradient de concentration. Une distinction importante concernant les systèmes vivants est que l'osmolarité mesure le nombre de particules (qui peuvent être des molécules) dans une solution. Par conséquent, une solution trouble contenant des cellules peut présenter une osmolarité plus faible qu'une solution limpide, si la seconde solution contient plus de molécules dissoutes qu'il n'y a de cellules.
Solutions hypotoniques
Trois termes (hypotonique, isotonique et hypertonique) sont utilisés pour relier l'osmolarité d'une cellule à l'osmolarité du liquide extracellulaire qui contient les cellules. Dans une situation hypotonique, l'osmolarité du liquide extracellulaire est inférieure à celle du liquide à l'intérieur de la cellule et l'eau entre dans la cellule. (Dans les systèmes vivants, le point de référence est toujours le cytoplasme, donc le préfixe hypo - signifie que le liquide extracellulaire a une concentration de solutés ou une osmolarité plus faible que le cytoplasme cellulaire.) Cela signifie également que la concentration d'eau dans la solution est plus élevée dans le liquide extracellulaire que dans la cellule. Dans cette situation, l'eau suivra son gradient de concentration et entrera dans la cellule.
Solutions hypertoniques
En ce qui concerne une solution hypertonique, le préfixe hyper - fait référence au liquide extracellulaire dont l'osmolarité est supérieure à celle du cytoplasme de la cellule ; par conséquent, le liquide contient moins d'eau que la cellule. Comme la cellule a une concentration d'eau relativement plus élevée, l'eau quittera la cellule.
Solutions isotoniques
Dans une solution isotonique, le liquide extracellulaire possède la même osmolarité que la cellule. Si l'osmolarité de la cellule correspond à celle du liquide extracellulaire, il n'y aura aucun mouvement net d'eau vers ou hors de la cellule, bien que l'eau entre et sort tout de même. Les cellules sanguines et végétales présentes dans des solutions hypertoniques, isotoniques et hypotoniques prennent un aspect caractéristique (Figure\(\PageIndex{6}\)).
Art Connection
Un médecin injecte à un patient ce qu'il pense être une solution saline isotonique. Le patient décède et une autopsie révèle que de nombreux globules rouges ont été détruits. Pensez-vous que la solution injectée par le médecin était vraiment isotonique ?
Lien vers l'apprentissage
Pour visionner une vidéo illustrant le processus de diffusion des solutions, visitez ce site.
La tonicité dans les systèmes vivants
Dans un environnement hypotonique, l'eau entre dans une cellule et la cellule gonfle. Dans des conditions isotoniques, les concentrations relatives de soluté et de solvant sont égales des deux côtés de la membrane. Il n'y a pas de mouvement net de l'eau ; par conséquent, il n'y a aucun changement dans la taille de la cellule. Dans une solution hypertonique, l'eau quitte une cellule et celle-ci se rétrécit. Si l'hypo- ou l'hypercondition devient excessive, les fonctions de la cellule sont compromises et la cellule peut être détruite.
Un globule rouge éclate ou se lyse lorsqu'il gonfle au-delà de la capacité de dilatation de la membrane plasmique. N'oubliez pas que la membrane ressemble à une mosaïque, avec des espaces discrets entre les molécules qui la composent. Si la cellule gonfle et que les espaces entre les lipides et les protéines deviennent trop grands, la cellule se décompose.
En revanche, lorsqu'une quantité excessive d'eau quitte un globule rouge, celui-ci rétrécit ou se crémente. Cela a pour effet de concentrer les solutés laissés dans la cellule, de rendre le cytosol plus dense et d'interférer avec la diffusion au sein de la cellule. La capacité de la cellule à fonctionner sera compromise et peut également entraîner la mort de la cellule.
Divers organismes vivants ont des moyens de contrôler les effets de l'osmose, un mécanisme appelé osmorégulation. Certains organismes, tels que les plantes, les champignons, les bactéries et certains protistes, ont des parois cellulaires qui entourent la membrane plasmique et empêchent la lyse cellulaire dans une solution hypotonique. La membrane plasmique ne peut s'étendre que jusqu'à la limite de la paroi cellulaire, de sorte que la cellule ne se lyse pas. En fait, le cytoplasme des plantes est toujours légèrement hypertonique par rapport à l'environnement cellulaire, et l'eau pénètre toujours dans une cellule si de l'eau est disponible. Cet afflux d'eau produit une pression de turgescence qui raidit les parois cellulaires de la plante (Figure\(\PageIndex{8}\)). Chez les plantes non ligneuses, la pression de turgescence soutient la plante. À l'inverse, si la plante n'est pas arrosée, le liquide extracellulaire deviendra hypertonique, provoquant la sortie de l'eau de la cellule. Dans ces conditions, la cellule ne rétrécit pas car la paroi cellulaire n'est pas flexible. Cependant, la membrane cellulaire se détache de la paroi et resserre le cytoplasme. C'est ce qu'on appelle la plasmolyse. Les plantes perdent leur pression de turgescence dans ces conditions et se flétrissent (Figure\(\PageIndex{9}\)).
La tonicité concerne tous les êtres vivants. Par exemple, les paramécies et les amibes, qui sont des protistes dépourvus de parois cellulaires, présentent des vacuoles contractiles. Cette vésicule recueille l'excès d'eau de la cellule et la pompe, empêchant ainsi la cellule de se lyser lorsqu'elle absorbe l'eau de son environnement.
De nombreux invertébrés marins ont des niveaux de sel internes adaptés à leur environnement, ce qui les rend isotoniques avec l'eau dans laquelle ils vivent. Les poissons doivent toutefois consacrer environ 5 % de leur énergie métabolique au maintien de l'homéostasie osmotique. Les poissons d'eau douce vivent dans un environnement hypotonique pour leurs cellules. Ces poissons absorbent activement le sel par leurs branchies et excrètent de l'urine diluée pour se débarrasser de l'excès d'eau. Les poissons d'eau salée vivent dans l'environnement inverse, qui est hypertonique pour leurs cellules, et ils sécrètent du sel par leurs branchies et excrètent de l'urine très concentrée.
Chez les vertébrés, les reins régulent la quantité d'eau dans le corps. Les osmorécepteurs sont des cellules spécialisées du cerveau qui surveillent la concentration de solutés dans le sang. Si les niveaux de solutés augmentent au-delà d'une certaine fourchette, une hormone est libérée qui retarde la perte d'eau par les reins et dilue le sang à des niveaux plus sûrs. Les animaux ont également de fortes concentrations d'albumine, produite par le foie, dans leur sang. Cette protéine est trop grosse pour passer facilement à travers les membranes plasmiques et joue un rôle important dans le contrôle des pressions osmotiques appliquées aux tissus.
Résumé
Les formes passives de transport, de diffusion et d'osmose déplacent des matériaux de faible poids moléculaire à travers les membranes. Les substances se diffusent des zones de concentration élevée vers les zones de concentration plus faible, et ce processus se poursuit jusqu'à ce que la substance soit uniformément répartie dans un système. Dans les solutions contenant plusieurs substances, chaque type de molécule diffuse selon son propre gradient de concentration, indépendamment de la diffusion des autres substances. De nombreux facteurs peuvent affecter le taux de diffusion, notamment le gradient de concentration, la taille des particules qui diffusent, la température du système, etc.
Dans les systèmes vivants, la diffusion des substances à l'intérieur et à l'extérieur des cellules est médiée par la membrane plasmique. Certains matériaux diffusent facilement à travers la membrane, mais d'autres sont gênés et leur passage est rendu possible par des protéines spécialisées, telles que les canaux et les transporteurs. La chimie des êtres vivants se produit dans des solutions aqueuses, et l'équilibre des concentrations de ces solutions est un problème permanent. Dans les systèmes vivants, la diffusion de certaines substances serait lente ou difficile en l'absence de protéines membranaires qui facilitent le transport.
Connexions artistiques
Figure\(\PageIndex{6}\) : Un médecin injecte à un patient ce qu'il pense être une solution saline isotonique. Le patient décède et une autopsie révèle que de nombreux globules rouges ont été détruits. Pensez-vous que la solution injectée par le médecin était vraiment isotonique ?
- Réponse
-
Non, elle devait être hypotonique car une solution hypotonique provoquerait la pénétration d'eau dans les cellules, les faisant ainsi éclater.
Lexique
- aquaporine
- protéine de canal qui laisse passer l'eau à travers la membrane à un débit très élevé
- protéine porteuse
- protéine membranaire qui déplace une substance à travers la membrane plasmique en modifiant sa propre forme
- protéine de canal
- protéine membranaire qui permet à une substance de traverser son noyau creux à travers la membrane plasmique
- gradient de concentration
- zone de forte concentration adjacente à une zone de faible concentration
- dispersion
- procédé passif de transport d'un matériau de faible poids moléculaire en fonction de son gradient de concentration
- transport facilité
- processus par lequel la matière descend un gradient de concentration (d'une concentration élevée à une concentration faible) à l'aide de protéines membranaires intégrées
- hypertonique
- situation dans laquelle le liquide extracellulaire a une osmolarité plus élevée que le liquide à l'intérieur de la cellule, ce qui entraîne l'évacuation de l'eau hors de la cellule
- hypotonique
- situation dans laquelle le liquide extracellulaire a une osmolarité inférieure à celle du liquide à l'intérieur de la cellule, ce qui entraîne le déplacement de l'eau dans la cellule
- isotonique
- situation dans laquelle le liquide extracellulaire a la même osmolarité que le liquide à l'intérieur de la cellule, ce qui entraîne l'absence de mouvement net de l'eau vers ou hors de la cellule
- osmolarité
- quantité totale de substances dissoutes dans une quantité spécifique de solution
- osmose
- transport de l'eau à travers une membrane semi-perméable en fonction du gradient de concentration de l'eau à travers la membrane résultant de la présence de soluté ne pouvant pas traverser la membrane
- transport passif
- procédé de transport de matière à travers une membrane ne nécessitant pas d'énergie
- plasmolyse
- détachement de la membrane cellulaire de la paroi cellulaire et constriction de la membrane cellulaire lorsqu'une cellule végétale se trouve dans une solution hypertonique
- sélectivement perméable
- caractéristique d'une membrane qui laisse passer certaines substances mais pas d'autres
- soluté
- substance dissoute dans un liquide pour former une solution
- tonicité
- quantité de soluté dans une solution
- protéine de transport
- protéine membranaire qui facilite le passage d'une substance à travers une membrane en la liant