Osmose

Qu'est-ce que le potentiel de l'eau ?

Le potentiel de l'eau est une mesure de l'énergie potentielle des molécules d'eau. Une autre façon de le décrire est la tendance des molécules d'eau à se déplacer hors d'une solution. L'unité donnée est le kPa (Ψ) et cette valeur est déterminée par les solutés dissous dans la solution.

L'eau pure ne contient pas de solutés. L'eau pure a donc un potentiel hydrique de 0kPa - c'est la valeur de potentiel hydrique la plus élevée qu'une solution puisse avoir. Le potentiel de l'eau devient de plus en plus négatif au fur et à mesure que des solutés sont dissous dans la solution.

Une autre façon de voir les choses est d'examiner les solutions diluées et concentrées. Les solutions diluées ont un potentiel hydrique plus élevé que les solutions concentrées. C'est parce que les solutions diluées contiennent moins de solutés que les solutions concentrées. L'eau s'écoulera toujours d'un potentiel d'eau plus élevé vers un potentiel d'eau plus bas - d'une solution plus diluée vers une solution plus concentrée.

Qu'est-ce que la tonicité ?

Pour comprendre l'osmose dans les cellules vivantes, nous allons d'abord définir trois types de solution (ou types de tonicité) :

• Solution hypotonique

• Solution isotonique

• Solution hypotonique

Une solution hypotonique a un potentiel d'eau plus élevé qu'à l'intérieur de la cellule. Les molécules d'eau ont tendance à se déplacer dans la cellule par osmose, le long d'un gradient de potentiel d'eau. Cela signifie que la solution contient moins de solutés que l'intérieur de la cellule.

Une solution isotonique a le même potentiel d'eau que l'intérieur de la cellule. Les molécules d'eau se déplacent toujours, mais il n'y a pas de mouvement net car le taux d'osmose est le même dans les deux sens.

Une solution hypertonique a un potentiel d'eau plus faible qu'à l'intérieur de la cellule. Les molécules d'eau ont tendance à sortir de la cellule par osmose. Cela signifie que la solution contient plus de solutés que l'intérieur de la cellule.

Osmose dans les cellules animales

Contrairement aux cellules végétales, les cellules animales peignent une paroi cellulaire pour résister à une augmentation de la pression hydrostatique.

Lorsqu'elles sont placées dans une solution hypotonique, les cellules animales subissent une cytolyse. C'est le processus par lequel les molécules d'eau pénètrent dans la cellule par osmose, ce qui provoque l'éclatement de la membrane cellulaire en raison de la pression hydrostatique élevée.

À l'inverse, les cellules animales placées dans une solution hypertonique deviennent crénelées. Cela décrit l'état dans lequel la cellule se rétrécit et apparaît ridée en raison des molécules d'eau qui quittent la cellule.

Lorsqu'elle est placée dans une solution isotonique, la cellule reste la même car il n'y a pas de mouvement net des molécules d'eau. C'est la condition la plus idéale car tu ne veux pas que ta cellule animale, par exemple un globule rouge, perde ou gagne de l'eau. Heureusement, notre sang est considéré comme isotonique par rapport aux globules rouges.

Fig. 2 - Structure des globules rouges dans différents types de solutions

Réabsorption de l'eau dans les néphrons

La réabsorption de l'eau a lieu dans les néphrons, qui sont de minuscules structures situées dans les reins. Au niveau du tubule contourné proximal, qui est une structure à l'intérieur des néphrons, les minéraux, les ions et les solutés sont activement pompés, ce qui signifie que l'intérieur du tubule a un potentiel hydrique plus élevé que le liquide tissulaire. L'eau se déplace alors dans le liquide tissulaire, le long d'un gradient de potentiel hydrique, par osmose.

Au niveau de la branche descendante (une autre structure tubulaire des néphrons), le potentiel hydrique est encore plus élevé que celui du liquide tissulaire. Là encore, l'eau se déplace dans le liquide tissulaire, le long d'un gradient de potentiel hydrique.

Quels sont les facteurs qui influencent la vitesse de l'osmose ?

Tout comme le taux de diffusion, le taux d'osmose peut être affecté par plusieurs facteurs, notamment :

• Gradient de potentiel hydrique

• Surface de l'eau

• La température

• Présence d'aquaporines

Gradient de potentiel hydrique et taux d'osmose

Plus le gradient de potentiel hydrique est important, plus le taux d'osmose est rapide. Par exemple, le taux d'osmose est plus élevé entre deux solutions qui sont à -50kPa et -10kPa qu'entre -15kPa et -10kPa.

Surface et taux d'osmose

Plus la surface est grande, plus le taux d'osmose est rapide. Celle-ci est assurée par une grande membrane semi-perméable, car c'est la structure à travers laquelle les molécules d'eau se déplacent.

Température et taux d'osmose

Plus la température est élevée, plus le taux d'osmose est rapide. En effet, les températures élevées fournissent aux molécules d'eau une plus grande énergie cinétique, ce qui leur permet de se déplacer plus rapidement.

Présence d'aquaporines et taux d'osmose

Les aquaporines sont des protéines de canal qui sont sélectives pour les molécules d'eau. Plus le nombre d'aquaporines présentes dans la membrane cellulaire est élevé, plus la vitesse de diffusion est rapide. Les aquaporines et leur fonction sont expliquées plus en détail dans la section suivante.

Les aquaporines dans l'osmose

Lesaquaporines sont des protéines de canal qui s'étendent sur toute la longueur de la membrane cellulaire. Elles sont très sélectives pour les molécules d'eau et permettent donc le passage des molécules d'eau à travers la membrane cellulaire sans avoir besoin d'énergie. Bien que les molécules d'eau puissent se déplacer librement à travers la membrane cellulaire par elles-mêmes en raison de leur petite taille et de leur polarité, les aquaporines sont conçues pour faciliter une osmose rapide.

Fig. 3 - Structure des aquaporines

Ceci est très important, car l'osmose qui a lieu sans aquaporines dans les cellules vivantes est trop lente. Leur fonction principale est d'augmenter le taux d'osmose.

Par exemple, les cellules qui tapissent le canal collecteur des reins contiennent de nombreuses aquaporines dans leurs membranes cellulaires. Cela permet d'accélérer la vitesse de réabsorption de l'eau dans le sang.