Échange de substances

Échange de gaz dans les plantes

Le dioxyde de carbone est échangé contre de l'oxygène dans les feuilles pour permettre la photosynthèse. La face inférieure des feuilles comporte des pores microscopiques appelés stomates (singulier stoma) qui jouent un rôle clé dans la facilitation des échanges gazeux.

Les stomates ne sont pas des pores permanents car ils sont régulés par des cellules spécialisées appelées cellules de garde, comme le montre le schéma ci-dessous. En plus de l'échange de gaz, l'eau se diffuse également hors de la feuille par les stomates. Il s'agit de la transpiration, un phénomène indésirable en biologie végétale.

Fig. 1 - Schéma de la coupe transversale d'une feuille, montrant les cellules de garde et les stomates.

Les plantes ont également besoin d'oxygène pour respirer. C'est pourquoi les parties de la plante s'adaptent pour maximiser l'absorption de l'oxygène par diffusion - principalement en augmentant la surface des ramifications et des espaces d'air dans le corps de la plante.

Flux de masse

Sachant que les plantes absorbent l'eau par leurs racines et produisent du glucose par photosynthèse, tu peux te demander comment ces éléments sont transportés vers des parties éloignées des plantes, comme les fleurs.

Les plantes ont leur propre système de transport pour remplir cette fonction. Le système de transport des plantes, appelé transport de masse, est composé de deux systèmes - le xylème et le phloème. Ces deux systèmes facilitent le transport de masse grâce à un processus appelé translocation.

Fig. 2 - Schéma du xylème et du phloème avec une brève description de leurs caractéristiques, ainsi qu'une coupe transversale du xylème et du phloème au microscope optique.

La principale différence entre le xylème et le phloème est que le xylème transporte l'eau, tandis que le phloème transporte les substances fabriquées par la photosynthèse(assimilats).

Échange de substances chez les animaux

Les systèmes de transport chez les animaux possèdent également un organe semblable à une pompe (le cœur) et des vaisseaux plus complexes. Ces adaptations permettent de répondre à la demande métabolique plus importante chez les animaux.

Rôle des capillaires dans l'échange de substances

Les animaux ont de nombreux vaisseaux sanguins qui composent leurs systèmes de transport. L'échange de substances se fait directement dans les capillaires.

Les capillaires sont adaptés à une diffusion efficace en étant minces (une seule cellule d'épaisseur) et en formant un grand réseau appelé lits capillaires.

Fig. 3 - Diagramme montrant une coupe transversale d'un capillaire

Échange de substances entre le sang et les muscles

Le taux métabolique des cellules musculaires est très élevé car elles produisent beaucoup d'énergie pour se contracter. Elles ont besoin de beaucoup de glucose et d'oxygène provenant du sang et rejettent beaucoup de dioxyde de carbone. Un riche réseau de capillaires entoure les cellules musculaires à cet effet.

Fig. 4 - Schéma d'un lit capillaire entourant les tissus

Un autre rôle clé des capillaires est de faciliter les échanges gazeux. Nous allons explorer le rôle des capillaires dans les échanges gazeux dans les exemples suivants.

Les échanges gazeux chez les animaux

L'oxygène et le dioxyde de carbone sont les deux substances échangées lors des échanges gazeux.

L'échange de gaz se produit sur une surface d'échange de gaz. Les surfaces d'échange de gaz diffèrent selon qu'il s'agit d'animaux à faible demande en oxygène (par exemple, les insectes et les poissons) ou d'animaux à forte demande en oxygène (par exemple, les humains).

Les surfaces d'échange de gaz chez les poissons sont composées de structures appelées branchies. Les branchies sont divisées en filaments qui contiennent de nombreuses lamelles.

Fig. 5 - Schéma d'une section d'une branchie de poisson

L'échange de gaz se produit dans les lamelles, qui suivent le système de contre-courant. Cela signifie que le sang et l'eau dans les lamelles circulent dans des directions opposées.

Fig. 6 - Schéma du système à contre-courant de l'échange gazeux à travers une lamelle chez le poisson.

Chez les insectes dépourvus de capillaires, l'échange de gaz se fait dans la trachée.

Fig. 7 - Schéma de la trachée d'un insecte

En tant qu'organismes à forte demande en oxygène, les humains ont des systèmes d'échange de gaz plus complexes et des pigments protéiques qui transportent l'oxygène (par exemple l'hémoglobine).

Le système d'échange gazeux humain se compose de plusieurs organes. L'échange de gaz a lieu dans des structures spécialisées, en forme de raisin, situées dans les poumons et connues sous le nom d'alvéoles.

Fig. 8 - Schéma du système d'échange gazeux humain avec les alvéoles agrandies

Les alvéoles sont adaptées à l'échange de gaz grâce à leurs parois minces (c'est-à-dire épaisses d'une seule cellule) et à leur proximité avec les capillaires.

Fig. 9 - Diagramme montrant l'échange gazeux entre une alvéole et un capillaire