Diffusion / Osmose / Filtration PACES / UE_3 2 ème partie Dr M. Petitjean
Plan Général 1. Généralités: notion de compartiment biologique 2. Mécanisme de diffusion 3. Mécanisme d osmose 4. Mécanisme de filtration
1. Notion de compartiment biologique 1.1. Généralités Notion d espace fini Cellule procaryote / eucaryote Membranes Répartition: intra et extracellulaire Milieu intérieur / le «soi»
1. Notion de compartiment biologique 1.2. Membrane intracellulaire Cellule Volume Surface membrane Membrane plasmique Membrane RE rugueux Membrane RE lisse Appareil de Golgi Mitochondrie (externe) Mitochondrie (interne) Hépatocyte 5000 µm 3 110 000 µm 2 2 % 35 % 16 % 7 % 7 % 32 % Pancréas Exocrine 1000 µm 3 13 000 µm 2 3 % 60 % <1 % 4 % 4 % 17 %
2. Mécanisme de diffusion 2.1. Bases physiques L expérience de la goutte d encre Soluté / solvant t Diffusion à l ensemble du volume d eau
2. Mécanisme de diffusion 2.1. Bases physiques Diffusion = déplacement des molécules d un endroit à un autre selon un mouvement aléatoire Mouvement brownien lié à la température Vitesse à la température corporelle (37 C): molécule d eau = 2500 km/h Glucose = 850 km/h Collisions d où une trajectoire aléatoire Membranes plasmiques, organites cellulaires, capillaires
Mécanisme de diffusion 2.2. Direction et Vitesse
Mécanisme de diffusion 2.2. Direction et Vitesse Vitesse grande au début puis diminue et tend vers zéro
Mécanisme de diffusion 2.3. Vitesse versus distance Grandes vitesses Mais collisions! Le déplacement n est donc pas linéaire! Le temps de diffusion augmente avec le carré de la distance Exemple, le Glucose (37 C): 3,5 s pour atteindre 90% de son point d équilibre à 10 µm de distance 11 ans pour atteindre la même concentration à 10 cm! D ou la nécessité d un système de convection vasculaire!
Mécanisme de diffusion 2.4. A travers les membranes Le flux net F est calculable F est proportionnel à la différence de concentration F est proportionnel à la surface d échange A F est dépendant d un coefficient de perméabilité membranaire F = kp A (C 1 C 2 )
Mécanisme de diffusion 2.5. A travers la bicouche lipidique Rappel du modèle Les molécules polaires diffuse lentement à travers les membranes plasmiques Les molécules non polaires peuvent se dissoudre dans les régions composées d acides gras des phospolipides membranaires Augmenter la liposolubilité augmente le flux transmembranaire O 2, CO 2, AG, hormones stéroïdiennes diffusent très rapidement Barrières pour les ions
Mécanisme de diffusion 2.6. A travers les canaux protéiques Na +, K +, Cl -, Ca ++ En fait les flux sont plus élevés que ne le laisse supposer leur polarité Protéines canal
Mécanisme de diffusion 2.6. A travers les canaux protéiques
Mécanisme de diffusion 2.7. Rôle des forces électriques
Gibbs-Donnan: état initial Présence d un côté de protéine non-diffusible Les petits ions peuvent diffuser librement Egalité des charges de part et d autre de la membrane
Gibbs-Donnan: état final Les Na + vont plutôt du côté des protéines et reste du côté chargé négativement de la membrane Les Cl - ont un comportement inverse Globalement il y a création d une différence de potentiel La diffusion selon un gradient de concentration est compensée par une diffusion suivant un gradient électrique
Mécanisme de diffusion 2.8. Régulation
Mécanisme de diffusion 2.8. Régulation Expérience de Patch-clamp Canaux ligand-dépendants Canaux voltage-dépendants Canux ouverts sous la dépendance d un étirement mécanique de la membrane
3. Mécanisme d osmose 3.1. Définition / Généralités Solvant / soluté: l eau peut être considérée comme un soluté! Les molécules d eau sont aussi animées de mouvements browniens liés à la température, donc elles diffusent! La diffusion de l eau s appelle l osmose
3. Mécanisme d osmose 3.2. Concentration en eau Diffusion prévisible selon un gradient de concentration en eau
3. Mécanisme d osmose 3.3. Osmolarité Eau intra et extracellulaire Diffusion de l eau et des ions Osmolarité: Dissociation des molécules dans l eau; ex: NaCL Na + + Cl - 1 M 2 osmoles Pouvoir osmotique: l eau va du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré Osmolarité des milieux intra et extracelulaires est de 300 mosmole/l
3. Mécanisme d osmose 3.4. Diffusion de l eau
Membrane perméable à l eau uniquement 3. Mécanisme d osmose 3.4. Diffusion de l eau
3. Mécanisme d osmose 3.5. Pression osmotique Pression osmotique = Pression hydrostatique π = ρ g h
3. Mécanisme d osmose 3.6. Loi de Van t Hoff π = R T (C 2 C 1 ) R = constante des gaz parfaits T = température absolue
3. Mécanisme d osmose 3.7. Osmolarité extracellulaire et volume cellulaire
3. Mécanisme d osmose 3.7. Osmolarité extracellulaire et volume cellulaire Nécessité de réguler l osmolarité extracellulaire Importance du rein dans la régulation de l eau et de l osmolarité
3. Mécanisme d osmose 3.8. Pression osmotique et pression oncotique H 2 O H 2 O Pression πoncotique due aux protéines non diffusibles Protéines
4. Mécanisme de filtration 4.2. Bases physiques H 2 O ions H 2 O ions Eau Ions ou petites molécules diffusibles Membrane perméable à l eau et aux solutés (2) (1)
4. Mécanisme de filtration 4.2. Bases physiques P = P2 P1 H 2 O P2 ions (2) (1) P1 Eau Ions ou petites molécules diffusibles Dépend du gradient de pression P2 > P1 Dépend du coeffcient de perméabilité et de la surface de la membrane
4. Mécanisme de filtration 4.2. Force de Starling a P π capillaire Pπ v Les protéines restent dans le capillaire Eau Ions et petites molécules