Homéostasie

L'importance de l'homéostasie

L'homéostasie est essentielle au fonctionnement et à la survie des organismes. L'homéostasie est importante pour maintenir la structure des protéines, le potentiel hydrique du corps et pour adapter avec succès la température du corps aux conditions extérieures changeantes.

Maintien de la structure des protéines

Les protéines sont des macromolécules abondantes qui sont essentielles au bon fonctionnement des cellules. Cependant, les protéines sont très sensibles aux changements de pH et de température. Toute modification de ces facteurs entraîne la dénaturation des protéines et la perte de leur structure native. Lorsque la structure native d'une protéine est perdue, il est probable qu'elle devienne inefficace ou obsolète dans sa fonction.

Maintien du potentiel hydrique

Le potentiel hydrique est important pour les cellules végétales et animales. Comme nous le savons, l'eau se déplace toujours d'un système à fort potentiel hydrique vers un système à faible potentiel hydrique.

Chez les plantes, les cellules sont protégées par une paroi de cellulose. Par conséquent, les cellules ne deviennent turgescentes que lorsque l'eau y pénètre, et se ratatinent lorsque l'eau les quitte (figure 1).

Fig. 1 - Cellules végétales dans des solutions hypertoniques, isotoniques et hypotoniques

En revanche, les cellules animales n'ont pas de paroi cellulaire, il y a donc un risque de dommages cellulaires lorsqu'une trop grande quantité d'eau diffuse à l'intérieur ou à l'extérieur (figure 2). Le maintien de la glycémie à un équilibre dynamique est essentiel pour assurer un potentiel hydrique constant aux cellules. Il permet également de s'assurer que les cellules reçoivent une quantité suffisante de glucose à utiliser pour la respiration.

Plasmolyse et déplasmolyse est irréversible dans les cellules animales, tandis que la plasmolyse dans les cellules végétales est réversible.

Fig. 2 - Globules rouges dans des solutions hypertoniques, isotoniques et hypotoniques.

S'adapter à une plus grande étendue géographique

La capacité à maintenir la température interne du corps à un niveau constant permet aux animaux d'être plus indépendants de leur environnement extérieur. Ils pourront donc survivre dans une plus grande variété d'aires géographiques et sous différents climats. Cette caractéristique a permis aux mammifères d'habiter la plupart des habitats, des déserts chauds aux régions polaires glaciales.

Mécanismes de contrôle de l'homéostasie

Pour qu'un mécanisme homéostatique fonctionne efficacement, cinq composants sont nécessaires (figure 3) :

1. Un point optimal : la condition optimale où le système fonctionne le mieux.
2. Un capteur : le récepteur ou le groupe de récepteurs qui détectent tout changement ou écart par rapport à la valeur souhaitée.
3. Uncoordinateur : le centre de contrôle conserve la valeur du point optimal et dispose d'un moyen de comparer la valeur actuelle, fournie par le capteur, avec la valeur souhaitée.
4. Un effecteur : l'organe effecteur, souvent un muscle ou une glande sécrétrice, qui a la capacité de faire passer la valeur de la variable à la valeur déterminée par le coordinateur.
5. Un mécanisme de rétroaction : le mécanisme par lequel le récepteur réagit au changement de la variable, car il se réajuste au point optimal grâce à l'action de l'effecteur. Il existe deux types de mécanismes de rétroaction : négatifs et positifs.

Fig. 3 - Boucle de rétroaction négative et régulation de la température corporelle dans le corps pour revenir à l'homéostasie.

Mécanismes de rétroaction négative

La rétroaction négative est le type de rétroaction le plus courant dans les organismes vivants. Dans la rétroaction négative, le récepteur détecte la nécessité de rétablir le point optimal. Il transmet le signal au centre de contrôle qui éteint alors l'effecteur.

Thermorégulation

Un exemple de rétroaction négative est la façon dont la température corporelle est régulée chez les endothermes comme les mammifères. Ils doivent maintenir leur température corporelle à un niveau relativement constant, malgré les fluctuations de la température de leur environnement.

La température optimale du corps humain se situe entre 36°C et 38°C. Il existe chez l'homme deux capteurs différents qui détectent les changements de température :

1. Les cellules sensorielles de la peau détectent les changements de température externe.
2. Les cellules sensorielles de l'hypothalamus qui détectent les changements de température interne.

Ces capteurs sont reliés à l'hypothalamus, qui est le centre de contrôle de la température corporelle. Lorsque les cellules sensorielles détectent un léger écart de la température corporelle par rapport à sa valeur optimale, elles envoient des signaux à l'hypothalamus qui active alors divers mécanismes pour rétablir la température centrale du corps. Ces mécanismes comprennent :

En réponse à des environnements extérieurs froids :

1. Lavasoconstriction des artérioles près de la peau. Les artérioles "rétrécissent", ce qui réduit le diamètre du vaisseau sanguin et la quantité de sang qui circule près de la peau. Comme il y a moins de perte de chaleur dans l'environnement, la chaleur corporelle est préservée.
2. Frissons des muscles squelettiques. Cela produit de la chaleur métabolique, c'est-à-dire de la chaleur issue de la production d'ATP.
3. Activation des muscles érecteurs des poils. Il s'agit de l'élévation des poils sur ta peau, ce qui crée une couche d'air isolante et permet de préserver la chaleur corporelle.
4. Augmentation du métabolisme et combustion des graisses. Cela permet de générer plus de chaleur métabolique pour augmenter la température centrale du corps.
5. Les humains et les animaux utilisent également des mécanismes comportementaux pour éviter la perte de chaleur. Ces mécanismes consistent notamment à trouver un abri, à se blottir les uns contre les autres ou à se serrer contre les genoux, ce qui permet de réduire la perte de chaleur en diminuant le rapport volume/surface.

En réponse à des environnements extérieurs chauds.

1. Vasodilatation des artérioles de surface. Cela augmente le flux sanguin vers la peau, ce qui permet d'échanger plus de chaleur avec l'environnement.
2. Augmentation de la sécrétion de sueur. Cette permet au corps de perdre de la chaleur car une plus grande quantité d'eau s'évapore de la peau.
3. Détente des muscles érecteurs des poils. Cela permet d'abaisser les poils sur la peau . Par conséquent, la couche isolante est enlevée, ce qui permet à la peau de perdre plus de chaleur.
4. Adaptations comportementales, comme éviter le soleil, rester à l'ombre ou sauter dans l'eau !

Régulation du calcium

Le taux de calcium dans le sang est également régulé par un mécanisme de rétroaction négative qui nécessite l'action des différentes hormones. L'une des hormones importantes impliquées est l'hormone parathyroïdienne (PTH). Cette hormone est libérée par la glande parathyroïde en réponse à un faible taux de calcium dans le sang.

La PTH augmente le taux de calcium dans le sang en :

• Augmentant la résorption osseuse dans les os.
• Augmentant l'absorption du calcium dans l'intestin.
• Diminuant l'excrétion du calcium dans les reins.

Osmorégulation

Un autre exemple de rétroaction négative est l'osmorégulation. L'ADH (hormone antidiurétique) est sécrétée en réponse à la déshydratation. L'ADH agit sur les reins et stimule la rétention d'eau. Cependant, lorsque le corps s'hydrate, la libération de l'ADH est inhibée (figure 3).

Fig. 4 - Régulation du niveau d'eau dans le corps par rétroaction négative entraînée par l'hormone antidiurétique (ADH).