Si la maison est trop chaude, le système de refroidissement se met en marche, et si la maison est trop froide, le système de chauffage se met en marche jusqu'à ce que la température optimale soit atteinte. Ensuite, le thermostat s'efforcera de contrecarrer toute perturbation de la température optimale. Le thermostat est un exemple de mécanisme de rétroaction permettant de maintenir la température à un niveau stable. Tout comme les systèmes domestiques, notre corps et d'autres systèmes vivants peuvent également maintenir un état stable à l'aide de mécanismes de rétroaction !
Tu veux en savoir plus sur les mécanismes de rétroaction ? Continue à lire pour le savoir !
Figure 1 : Un thermostat est un exemple de système domestique qui utilise un mécanisme de rétroaction pour réguler la température.
Définition d'un mécanisme de rétroaction
Notre corps travaille sans relâche pour nous maintenir en vie. Chaque jour, notre corps doit s'adapter à différents indices environnementaux, qu'il s'agisse de se réveiller le matin, de digérer un repas, de se déplacer, de se concentrer à l'école, puis de se rendormir. Mais à chaque étape, notre corps s'adapte à l'environnement de façon à ce que nous n'ayons ni trop faim, ni trop faim, ni trop chaud, ni trop froid, ni trop fatigué.
La plupart du temps, notre corps réagit à tous ces différents indices en activant desmécanismes de rétroactionpour maintenir un état interne relativement stable. Cette tendance de notre corps à revenir à un état stable après un changement environnemental s'appelle l'homéostasie.
L'homéostasie
Jetons un coup d'œil à la définition de l'homéostasie.
Dans les organismes , l'homéostasie désigne la tendance à revenir à un état stable et idéal après des changements environnementaux .
Plusieurs processus physiologiques doivent rester en homéostasie, notamment la température du corps, le pH du sang et la concentration de glucose dans le sang. En fait, l'organisme régule étroitement ces processus et même de légères variations par rapport au point de consigne homéostatique peuvent être fatales.
Le point de consigne homéostatique de la température corporelle, par exemple, est de 97,7-99,5 °F (environ 37 °C) et des fluctuations de 4 °F (3 °C) par rapport à ce point de consigne peuvent être fatales. C'est pourquoi il est important que le corps ait des mécanismes en place pour maintenir fermement l'homéostasie !
Un point de consigne homéostatique décrit la plage normale de valeurs physiologiques qui est saine et stable pour une variable contrôlée.
L'homéostasie comprend trois éléments :
- Récepteur - reçoit le stimulus (par exemple, un changement de température détecté par la peau) et envoie un signal au centre de contrôle.
- Centre de contrôle - traite le signal reçu du récepteur et envoie des instructions( commande desortie ) à l'effecteur. Le centre de contrôle définit également la plage de valeurs à respecter.
- L'effecteur - exécute les instructions du centre de contrôle en produisant une réponse ou un effet qui modifie l'état contrôlé.
Mécanismes de rétroaction
Les mécanismes par lesquels l'homéostasie est maintenue sont appelés mécanismes de rétroaction. Les mécanismes de rétroaction décrivent la façon dont un organisme, une cellule ou même une enzyme maintient l'homéostasie à la suite d'une perturbation de l'environnement.
Figure 2. Ce schéma montre le mécanisme de rétroaction qui permet de contrôler la température du corps.
Dans les systèmes vivants, les mécanismes de rétroaction sont souvent décrits comme des boucles d'autorégulation parce qu'ils peuvent d'abord détecter qu'un changement s'est produit, répondre à ce changement, puis arrêter la réponse une fois que l'homéostasie a été atteinte. La boucle est ensuite "réinitialisée" pour pouvoir répondre à un stimulus différent.
Lesmécanismes de rétroaction sont des processus métaboliques utilisés par les systèmes vivants pour maintenir un état interne stable appelé homéostasie.
Types de mécanismes de rétroaction en biologie
Il existe deux principaux types de mécanismes de rétroaction en biologie : la rétroaction positive et la rétroaction négative. Dans les deux cas, les mécanismes de rétroaction commencent lorsqu'il y a un stimulus externe qui entraîne des changements qui s'éloignent du point de consigne, ce qui déclenche la bonne boucle de rétroaction.
La rétroactionnégative est un mécanisme de contrôle qui réduit ou inverse un changement dans l'environnement externe.
Par exemple, après un repas, la glycémie monte en flèche, ce qui déclenche une rétroaction négative pour ramener les variables de la glycémie dans sa plage normale (homéostasie).
La rétroactionpositive est un mécanisme de contrôle qui détecte un changement et déclenche des mécanismes pour amplifier ce changement au lieu de revenir à l'homéostasie.
La formation de caillots sanguins pour contrôler les saignements est un exemple de rétroaction positive.
Mais comment fonctionnent ces mécanismes de rétroaction ? Nous en parlerons plus en profondeur dans la prochaine section !
Mécanismes de rétroaction positive et de rétroaction négative en biologie
Maintenant que tu sais un peu ce que sont les mécanismes de rétroaction positive et de rétroaction négative, et comment ils sont liés à l'homéostasie, allons-y et explorons chacun d'eux plus en détail !
Rétroaction négative
Commençons par la rétroaction négative (également appelée inhibition de la rétroaction).
Lessystèmes vivants créent des mécanismes de rétroaction négative pour contrer les stimuli et revenir à l'homéostasie . En d'autres termes, la réponse de l'effecteur annule le stimulus et ramène le corps à l'homéostasie .
Après qu'un stimulus ait induit un changement dans l'homéostasie, le système vivant s'efforcera de ramener le corps au point de consigne homéostatique. Les étapes générales de la rétroaction négative sont la stimulation, la réception, le traitement et la réponse.
Étape 1 : Stimulation - Au cours de la stimulation, une stimulation externe provoque un écart par rapport au point de consigne.
Étape 2 : Réception - Pendant la réception, les récepteurs sensoriels de notre corps vont détecter qu'un stimulus externe s'est produit.
Étape 3 : Traitement - Pendant le traitement, les récepteurs sensoriels envoient des signaux à notre cerveau (centre de régulation) pour lui indiquer qu'un stimulus externe a été perçu et qu'il peut être interprété.
Étape 4 : Réponse - Au cours de la réponse, le cerveau va coordonner l'activité de nombreux composants du corps pour contrer la stimulation initiale, et envoyer les instructions à l'effecteur qui va ensuite exécuter la réponse.
La pression artérielle est régulée par une rétroaction négative. Tout d'abord, les barorécepteurs (récepteurs sensibles à la pression) détectent une pression artérielle plus élevée et envoient des impulsions nerveuses au centre de contrôle dans le cerveau pour qu'il les interprète. Ensuite, une réponse est envoyée au cœur et aux vaisseaux sanguins, indiquant aux parois artérielles de se détendre, ce qui entraîne une diminution de la pression artérielle.
Figure 3. Mécanisme de rétroaction négative pour contrôler la tension artérielle.
Savais-tu que la rétroaction négative joue un rôle important dans la régulation des enzymes ? En gros, elle régule les complexes multi-enzymes et les voies métaboliques pour empêcher la surproduction d'un produit !
Par exemple, dans le processus de la glycolyse (décomposition du glucose pour produire de l'ATP), la phosphofructokinase (PFK) est une enzyme qui catalyse une étape de la réaction. Lorsque des niveaux élevés d'ATP (produit) sont formés, l'ATP agit comme un effecteur, en inhibant/"éteignant" la PFK.
Rétroaction positive
Concentrons-nous maintenant sur la rétroaction positive.
La rétroactionpositive se produit lorsqu'un système vivant amplifie un stimulus pour éloigner l'organisme de l'état stable.
Comme pour la rétroaction négative, les quatre étapes des mécanismes de rétroaction positive sont la stimulation, la réception, le traitement et la réponse. Cependant, au lieu de ramener les changements, il les renforce/amplifie !
À titre d'exemple, examinons le mécanisme de rétroaction qui se produit lors d'un accouchement normal. L'augmentation des contractions fait que le bébé est poussé dans le col de l'utérus. Le col de l'utérus s'étire et les récepteurs sensibles à l'étirement envoient des impulsions nerveuses au centre de contrôle dans le cerveau. Le centre de contrôle interprète le signal d'entrée et libère de l'ocytocine, ce qui entraîne une augmentation des contractions des muscles de la paroi de l'utérus. Cette amplification/augmentation de la contraction entraîne une augmentation de l'étirement du col de l'utérus, ce qui permet au bébé de passer. Une fois le bébé né, l'étirement du col de l'utérus diminue, ce qui entraîne l'arrêt de la boucle de rétroaction positive.
Figure 4. Boucle de rétroaction positive lors d'un accouchement normal.
Exemples de mécanismes de rétroaction en biologie
À présent, tu as probablement remarqué que les mécanismes de rétroaction sont essentiels au bon fonctionnement de notre corps. Voyons donc d'autres exemples impliquant des mécanismes de rétroaction négatifs et positifs en biologie.
Pouvoir réguler le taux de sucre dans le sang est essentiel à la survie. Lorsque la régulation par rétroaction négative ne fonctionne pas correctement, des troubles chroniques tels que le diabète de type 2 peuvent apparaître.
Chez une personne normale, lorsque le taux de sucre dans le sang augmente après un repas, le pancréas réagit en produisant puis en libérant l'hormone insuline dans le sang. Lorsque l'insuline se lie à des récepteurs situés sur le foie, elle déclenche l'absorption du glucose par le foie, ce qui fait baisser les concentrations de glucose dans le sang.
Cependant, chez une personne atteinte de diabète de type 2, bien que la sécrétion d'insuline soit normale, elle présente une résistance à l'insuline. Le diabète de type 2 se caractérise par une mauvaise régulation de la glycémie due à la résistance à l'insuline (les récepteurs de l'insuline sont désensibilisés à l'insuline et n'y répondent plus). La résistance à l'insuline entraîne une hyperglycémie, c'est-à-dire une élévation du taux de glucose !
Figure 5. Ce diagramme montre le mécanisme de rétroaction négative qui se produit chez une personne normale lorsque la glycémie augmente ou diminue .
Voyons maintenant un exemple impliquant une rétroaction positive et la lactation chez les mammifères. La lactation est le processus de synthèse et de sécrétion du lait par les glandes mammaires situées dans les seins de la mère. La lactation est généralement la première source de nutriments pour le nouveau-né après la naissance.
Chez l'homme, lorsqu'un nouveau-né commence à téter les mamelons de sa mère, cela déclenche la production de l'hormone prolactine chez la mère. La libération de prolactine (par l'hypophyse antérieure) et d'ocytocine (par l'hypophyse postérieure) stimule davantage la lactation afin que la mère produise des quantités suffisantes de lait pour le bébé. Lorsque le bébé est sevré, les niveaux de prolactine retombent à ceux d'avant l'allaitement, ce qui met fin au cycle.
Figure 6. Rétroaction positive et lactation chez les mammifères.
Différence entre les boucles de rétroaction positive et négative dans l'homéostasie
Un résumé des différences entre les mécanismes de rétroaction positive et les mécanismes de rétroaction négative et leurs effets sur l'homéostasie est répertorié dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1 : Différences entre les mécanismes de rétroaction positive et négative
| Rétroaction négative | Rétroaction positive | |
| Définition | Mécanisme des systèmes vivants permettant de contrecarrer les effets d'un stimulus et de ramener le système à l'homéostasie. | Mécanisme des systèmes vivants permettant d'amplifier les effets d'un stimulus et d'amener le système à un nouvel équilibre. |
| Résultat final | Contrecarre les effets du stimulus externe | Amplifie les effets du stimulus initial |
| Prévalence | Très fréquente | Peu fréquente |
| Exemples | Régulation de la glycémie, régulation de la température | le début du travail des enfants et la lactation chez les animaux |
Mécanismes de rétroaction - Principaux enseignements
- Dans les organismes, l 'homéostasie désigne la tendance à revenir à un état stable et idéal après des changements environnementaux .
- Il existe deux principaux types de mécanismes de rétroaction en biologie : la rétroaction positive et la rétroaction négative.
- On parle demécanisme de rétroaction négative lorsqu'un système vivant s'efforce de contrecarrer un stimulus pour ramener le système à l'homéostasie.
- On parle de rétroactionpositive lorsqu'un système vivant amplifie un stimulus pour éloigner l'organisme de l'état stable.
Références
- Tortora, G. J., & Derrickson, B. (2014). Principes d'anatomie et de physiologie (14e éd.). Wiley.
- AP Biology - AP Central | College Board. (2017, 30 mai). AP Central. https://apcentral.collegeboard.org/courses/ap-biology
- Mary Ann Clark, Jung Ho Choi, Douglas, M. M., & College, O. (2018). Biology. Openstax, Université de Rice. https://openstax.org/details/books/biology-2e
- Figure 1 : Thermostat (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Room_Thermostat_Vaillant.jpg) par Andy Butkaj (https://www.flickr.com/photos/34107995@N00). Sous licence CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/deed.en).
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