148 DeUXiÈMe partie La cellule
Les effets de l’osmose sur l’équilibre hydrique
Pour voir comment interagissent deux solutions présentant des
concentrations différentes de solutés, imaginez un récipient en
forme de U dans lequel une membrane synthétique, dont la
perméabilité est sélective, sépare deux solutions de glucose
(figure 7.14). La membrane est perméable à l’eau parce que ses
pores sont assez grands pour laisser traverser les molécules
d’eau, mais imperméable au glucose parce que ses pores sont
trop petits pour laisser passer les molécules de glucose. Comment cela influetil sur la concentration d’eau ? Il serait logique
de penser que la solution dont la concentration de soluté est la
plus élevée possède une concentration en eau plus faible et
que, pour cette raison, l’eau diffusera à travers la membrane de
la solution moins concentrée vers la solution plus concentrée.
Cependant, dans le cas des solutions diluées comme le sont la
plupart des liquides organiques, les solutés ont peu d’effet sur
la concentration d’eau. En fait, l’agglomération des molécules
d’eau autour des molécules de soluté hydrophiles fait en sorte
que certaines molécules d’eau sont incapables de traverser la
membrane ; d’une certaine façon, elles sont accaparées par les
molécules de soluté. L’important, c’est la différence dans la
concentration d’eau libre. L’effet s’avère toutefois le même :
l’eau diffuse à travers la membrane de la solution dont la
concentration de soluté est la plus faible vers la solution dont
la concentration de soluté est la plus élevée jusqu’à ce que les
concentrations soient égales de part et d’autre de la membrane.
On appelle osmose la diffusion de l’eau libre à travers une
membrane (artificielle ou cellulaire) à la perméabilité sélective.
La diffusion de l’eau à travers les membranes cellulaires ainsi
que l’équilibre hydrique entre la cellule et son milieu sont
essentiels aux organismes. Appliquons maintenant aux cellules
ce que nous venons d’apprendre à propos de l’osmose.
L’équilibre hydrique dans les cellules
dépourvues de paroi cellulaire
Pour expliquer le comportement d’une cellule dans une solution, il faut tenir compte à la fois de la concentration de soluté
et de la perméabilité de la membrane. Ces deux facteurs renvoient au concept de tonicité. La tonicité fait référence à la
capacité d’une solution de permettre à l’eau d’entrer dans une
cellule ou d’en sortir, ou encore de l’en empêcher. La tonicité
d’une solution dépend en partie de sa concentration de solutés
incapables de traverser la membrane (solutés non pénétrants)
par rapport à la concentration de ces solutés dans la cellule
ellemême. S’il y a plus de solutés non pénétrants dans la solution, l’eau aura tendance à sortir de la cellule, et vice versa.
Si l’on immerge une cellule dépourvue de paroi cellulaire,
par exemple une cellule animale, dans un milieu isotonique
(iso signifie « même »), il n’y a pas de diffusion nette d’eau à
travers la membrane plasmique. De l’eau traverse bien celleci, mais elle le fait autant dans un sens que dans l’autre. Bref,
dans un milieu isotonique, le volume d’une cellule animale
reste stable (figure 7.15a).
Par contre, dans une solution hypertonique (hyper signifie
« plus », en l’occurrence plus de solutés non pénétrants), la cellule animale perd de l’eau, prend un aspect crénelé (ratatiné) et
meurt. C’est l’une des façons par lesquelles l’augmentation de
la salinité d’un lac (causée par des déversements de neige usée,
par exemple) peut tuer les animaux qui y vivent (si l’eau du lac
devient hypertonique par rapport aux cellules des animaux,
cellesci se ratatinent et meurent). Précisons ici qu’une entrée
d’eau excessive s’avère aussi dommageable pour une cellule
animale qu’une importante perte d’eau. Si l’on place une cellule dans une solution hypotonique (hypo signifie « moins »),
l’eau entre plus vite dans la cellule qu’elle n’en sort : la cellule
enfle et se lyse (éclate) comme un ballon trop gonflé.
Une cellule dépourvue de paroi rigide ne peut tolérer les
entrées ou les sorties d’eau excessives. Le problème de l’équilibre hydrique ne se pose pas si elle vit dans un milieu isotonique. Ainsi, beaucoup d’Invertébrés marins sont isotoniques
par rapport à l’eau de mer et les cellules de la plupart des
animaux terrestres baignent dans un liquide isotonique (par
rapport à ces cellules). Dans un milieu hypertonique ou
hypo tonique, les organismes dépourvus de paroi cellulaire
doivent avoir acquis des adaptations qui leur permettent
d’effectuer une osmorégulation, c’estàdire de réguler
l’équilibre hydrique entre leur milieu et eux. Par exemple, le
protiste appelé paramécie (Paramecium caudatum), un être
vivant unicellulaire, vit dans des eaux stagnantes hypotoniques. L’eau a tendance à entrer continuellement dans cette
m Figure 7.14 L’osmose. Deux solutions de glucose de concentrations
molaires volumiques différentes sont séparées par une membrane dont la
perméabilité est sélective. La membrane est perméable au solvant (l’eau),
mais imperméable au soluté (le glucose). Les molécules d’eau se déplacent
de manière aléatoire et peuvent traverser la membrane dans l’une ou
l’autre direction, mais dans l’ensemble l’eau diffuse de la solution la moins
concentrée en soluté (hypotonique) vers la solution la plus concentrée
(hypertonique). Le transport de l’eau, ou osmose, finit par égaliser les
concentrations des solutions de glucose de chaque côté de la membrane.
et sI ?
Si on ajoutait un colorant orangé capable de traverser
la membrane dans le côté gauche du tube, comment serait-il distribué
à la fin de l’expérience (voir la figure 7.13). Le niveau des solutions
contenues dans le tube serait-il modifié ?
Concentration
glucose moins
élevée
Molécule
de glucose
Plus forte
concentration
de glucose
Membrane à
perméabilité
sélective
Même concentration
de glucose
Moins de molécules
de soluté, plus de
molécules d’eau
libres
Les molécules de
glucose ne peuvent
pas traverser la
membrane, mais les
molécules d’eau
le peuvent.
Les molécules
d’eau
s’agglutinent
autour des
molécules
de glucose.
Plus de molécules
de soluté, moins
de molécules
d'eau libres
L’eau se déplace de la solution dont la
concentration d’eau libre est la plus élevée
vers la solution dont la concentration d’eau
libre est la moins élevée.
Osmose
H 2 O
Les effets de l’osmose sur l’équilibre hydrique
Pour voir comment interagissent deux solutions présentant des
concentrations différentes de solutés, imaginez un récipient en
forme de U dans lequel une membrane synthétique, dont la
perméabilité est sélective, sépare deux solutions de glucose
(figure 7.14). La membrane est perméable à l’eau parce que ses
pores sont assez grands pour laisser traverser les molécules
d’eau, mais imperméable au glucose parce que ses pores sont
trop petits pour laisser passer les molécules de glucose. Comment cela influetil sur la concentration d’eau ? Il serait logique
de penser que la solution dont la concentration de soluté est la
plus élevée possède une concentration en eau plus faible et
que, pour cette raison, l’eau diffusera à travers la membrane de
la solution moins concentrée vers la solution plus concentrée.
Cependant, dans le cas des solutions diluées comme le sont la
plupart des liquides organiques, les solutés ont peu d’effet sur
la concentration d’eau. En fait, l’agglomération des molécules
d’eau autour des molécules de soluté hydrophiles fait en sorte
que certaines molécules d’eau sont incapables de traverser la
membrane ; d’une certaine façon, elles sont accaparées par les
molécules de soluté. L’important, c’est la différence dans la
concentration d’eau libre. L’effet s’avère toutefois le même :
l’eau diffuse à travers la membrane de la solution dont la
concentration de soluté est la plus faible vers la solution dont
la concentration de soluté est la plus élevée jusqu’à ce que les
concentrations soient égales de part et d’autre de la membrane.
On appelle osmose la diffusion de l’eau libre à travers une
membrane (artificielle ou cellulaire) à la perméabilité sélective.
La diffusion de l’eau à travers les membranes cellulaires ainsi
que l’équilibre hydrique entre la cellule et son milieu sont
essentiels aux organismes. Appliquons maintenant aux cellules
ce que nous venons d’apprendre à propos de l’osmose.
L’équilibre hydrique dans les cellules
dépourvues de paroi cellulaire
Pour expliquer le comportement d’une cellule dans une solution, il faut tenir compte à la fois de la concentration de soluté
et de la perméabilité de la membrane. Ces deux facteurs renvoient au concept de tonicité. La tonicité fait référence à la
capacité d’une solution de permettre à l’eau d’entrer dans une
cellule ou d’en sortir, ou encore de l’en empêcher. La tonicité
d’une solution dépend en partie de sa concentration de solutés
incapables de traverser la membrane (solutés non pénétrants)
par rapport à la concentration de ces solutés dans la cellule
ellemême. S’il y a plus de solutés non pénétrants dans la solution, l’eau aura tendance à sortir de la cellule, et vice versa.
Si l’on immerge une cellule dépourvue de paroi cellulaire,
par exemple une cellule animale, dans un milieu isotonique
(iso signifie « même »), il n’y a pas de diffusion nette d’eau à
travers la membrane plasmique. De l’eau traverse bien celleci, mais elle le fait autant dans un sens que dans l’autre. Bref,
dans un milieu isotonique, le volume d’une cellule animale
reste stable (figure 7.15a).
Par contre, dans une solution hypertonique (hyper signifie
« plus », en l’occurrence plus de solutés non pénétrants), la cellule animale perd de l’eau, prend un aspect crénelé (ratatiné) et
meurt. C’est l’une des façons par lesquelles l’augmentation de
la salinité d’un lac (causée par des déversements de neige usée,
par exemple) peut tuer les animaux qui y vivent (si l’eau du lac
devient hypertonique par rapport aux cellules des animaux,
cellesci se ratatinent et meurent). Précisons ici qu’une entrée
d’eau excessive s’avère aussi dommageable pour une cellule
animale qu’une importante perte d’eau. Si l’on place une cellule dans une solution hypotonique (hypo signifie « moins »),
l’eau entre plus vite dans la cellule qu’elle n’en sort : la cellule
enfle et se lyse (éclate) comme un ballon trop gonflé.
Une cellule dépourvue de paroi rigide ne peut tolérer les
entrées ou les sorties d’eau excessives. Le problème de l’équilibre hydrique ne se pose pas si elle vit dans un milieu isotonique. Ainsi, beaucoup d’Invertébrés marins sont isotoniques
par rapport à l’eau de mer et les cellules de la plupart des
animaux terrestres baignent dans un liquide isotonique (par
rapport à ces cellules). Dans un milieu hypertonique ou
hypo tonique, les organismes dépourvus de paroi cellulaire
doivent avoir acquis des adaptations qui leur permettent
d’effectuer une osmorégulation, c’estàdire de réguler
l’équilibre hydrique entre leur milieu et eux. Par exemple, le
protiste appelé paramécie (Paramecium caudatum), un être
vivant unicellulaire, vit dans des eaux stagnantes hypotoniques. L’eau a tendance à entrer continuellement dans cette
m Figure 7.14 L’osmose. Deux solutions de glucose de concentrations
molaires volumiques différentes sont séparées par une membrane dont la
perméabilité est sélective. La membrane est perméable au solvant (l’eau),
mais imperméable au soluté (le glucose). Les molécules d’eau se déplacent
de manière aléatoire et peuvent traverser la membrane dans l’une ou
l’autre direction, mais dans l’ensemble l’eau diffuse de la solution la moins
concentrée en soluté (hypotonique) vers la solution la plus concentrée
(hypertonique). Le transport de l’eau, ou osmose, finit par égaliser les
concentrations des solutions de glucose de chaque côté de la membrane.
et sI ?
Si on ajoutait un colorant orangé capable de traverser
la membrane dans le côté gauche du tube, comment serait-il distribué
à la fin de l’expérience (voir la figure 7.13). Le niveau des solutions
contenues dans le tube serait-il modifié ?
Concentration
glucose moins
élevée
Molécule
de glucose
Plus forte
concentration
de glucose
Membrane à
perméabilité
sélective
Même concentration
de glucose
Moins de molécules
de soluté, plus de
molécules d’eau
libres
Les molécules de
glucose ne peuvent
pas traverser la
membrane, mais les
molécules d’eau
le peuvent.
Les molécules
d’eau
s’agglutinent
autour des
molécules
de glucose.
Plus de molécules
de soluté, moins
de molécules
d'eau libres
L’eau se déplace de la solution dont la
concentration d’eau libre est la plus élevée
vers la solution dont la concentration d’eau
libre est la moins élevée.
Osmose
H 2 O