OSMOREGULATION: QU'EST-CE QUE C'EST, CHEZ LES PLANTES, CHEZ LES ANIMAUX, DES EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

L' osmorégulation est un processus responsable du maintien de l'homéostasie des fluides dans un corps en régulant activement sa pression osmotique interne. Son objectif est de maintenir des volumes et des concentrations osmolaires adéquats des différents compartiments biologiques, ce qui est essentiel au bon fonctionnement des organismes.

L'eau biologique peut être considérée comme distribuée dans des compartiments comprenant l'intérieur de la cellule (compartiment intracellulaire) et, dans le cas d'organismes multicellulaires, le liquide qui entoure les cellules (compartiment extracellulaire ou interstitiel).

Mouvement de l'eau et des ions dans les poissons télostus d'eau douce (Source: Raver, Duane; modifié par Biezl (Travail personnel), non défini Traduit en espagnol par –Cristina busch (discussion) 20h53, 1er septembre 2014 (UTC) via Wikimedia Commons)

Il existe également, dans les organismes plus complexes, un compartiment intravasculaire qui met en contact du fluide intra et extracellulaire avec l'environnement externe. Ces trois compartiments sont séparés par des membranes biologiques à perméabilité sélective qui permettent le libre passage de l'eau et restreignent plus ou moins le passage des particules se trouvant en solution dans ce liquide.

L'eau et certaines petites particules peuvent se déplacer librement à travers les pores de la membrane, par diffusion et en suivant leurs gradients de concentration. D'autres, plus gros ou chargés électriquement, ne peuvent passer que d'un côté à l'autre en utilisant d'autres molécules qui servent de moyen de transport.

Les processus osmotiques ont à voir avec le mouvement de l'eau d'un endroit à un autre suivant son gradient de concentration. Autrement dit, il passe du compartiment dans lequel elle est le plus concentrée à celui où sa concentration est la moins élevée.

L'eau est plus concentrée à l'endroit où la concentration osmolaire (concentration de particules osmotiquement actives) est plus faible et vice versa. On dit alors que l'eau se déplace d'un site avec une faible concentration osmolaire à un autre avec une concentration osmolaire plus élevée.

Les êtres vivants ont développé des mécanismes complexes pour contrôler l'équilibre osmotique dans leur intérieur et réguler les processus d'entrée et de sortie de l'eau, régulant l'entrée et / ou la sortie des solutés, et c'est à cela que se réfère l'osmorégulation.

Qu'est-ce que l'osmorégulation?

Le principal objectif de la régulation osmotique est d'ajuster l'entrée et la sortie de l'eau et des solutés de manière à ce que le volume et la composition des compartiments liquides restent constants.

En ce sens, deux aspects peuvent être considérés, l'un l'échange entre l'organisme et l'environnement et l'autre l'échange entre les différents compartiments du corps.

L'entrée et la sortie de l'eau et des solutés se font par différents mécanismes:

-Dans le cas des animaux vertébrés supérieurs, par exemple, le revenu est régulé par l'apport d'eau et de solutés, un problème qui à son tour dépend de l'activité des systèmes nerveux et endocrinien, qui interviennent également dans la régulation du l'excrétion rénale de ces substances.

-Dans le cas des plantes vasculaires, l'absorption d'eau et de solutés se fait grâce aux processus d'évapotranspiration qui ont lieu dans les feuilles. Ces processus «tirent» la colonne d'eau et entraînent son mouvement ascendant à travers la plante à partir des racines, ce qui a à voir avec le potentiel hydrique.

L'échange et l'équilibre entre les différents compartiments de l'organisme se fait par accumulation de solutés dans l'un ou l'autre compartiment grâce à leur transport actif. Par exemple, l'augmentation des solutés à l'intérieur des cellules détermine le mouvement de l'eau vers elles et l'augmentation de leur volume.

L'équilibre, dans ce cas, consiste à maintenir une concentration osmolaire intracellulaire suffisante pour maintenir un volume cellulaire constant et cela est réalisé grâce à la participation de protéines avec différentes activités de transport, parmi lesquelles se distinguent les pompes ATPase et autres transporteurs..

Osmorégulation dans les plantes

Les plantes ont besoin d'eau pour vivre au même degré que les animaux et autres organismes unicellulaires. Chez eux, comme chez tous les êtres vivants, l'eau est essentielle pour réaliser toutes les réactions métaboliques liées à la croissance et au développement, qui ont à voir avec le maintien de la forme et de la turgescence de leurs cellules.

Au cours de leur vie, ils sont exposés à des conditions hydriques variables qui dépendent de l'environnement qui les entoure, en particulier de l'humidité atmosphérique et des niveaux de rayonnement solaire.

Chez les organismes végétaux, l'osmorégulation remplit la fonction de maintenir le potentiel de turgescence grâce à l'accumulation ou à la diminution des solutés en réponse au stress hydrique, ce qui leur permet de continuer à croître.

Mouvement de l'eau dans les cellules radiculaires (transport simpliste et transport apoplastique) (Source: Dylan W. Schwilk via Wikimedia Commons)

L'eau trouvée entre les poils de la racine et l'endoderme s'écoule entre les cellules de la racine à travers un compartiment extracellulaire connu sous le nom d'apoplaste (transport apoplastique) ou à travers des connexions cytoplasmiques (transport simplstic), jusqu'à ce qu'elle soit filtrée avec les ions et minéraux dans les cellules de l'endoderme, puis se déplace vers les faisceaux vasculaires.

Comme l'eau et les nutriments minéraux sont transportés du sol par la racine vers les organes aériens, les cellules des différents tissus du corps «absorbent» les volumes d'eau et les quantités de solutés nécessaires à l'accomplissement de leurs fonctions.

Chez les plantes, comme dans de nombreux organismes supérieurs, les processus d'entrée et d'expulsion de l'eau sont régulés par des substances régulatrices de croissance (phytohormones) qui modulent les réponses à différentes conditions environnementales et à d'autres facteurs intrinsèques.

- Potentiel d'eau et potentiel de pression

La concentration intracellulaire de solutés dans les cellules végétales étant supérieure à celle de leur environnement, l'eau a tendance à se diffuser par osmose vers l'intérieur jusqu'à ce que le potentiel de pression exercé par la paroi cellulaire le permette et c'est ce qui fait que les cellules les cellules sont fermes ou turgescentes.

Le potentiel hydrique est l'un des facteurs impliqués dans l'échange d'eau des deux plantes avec leur environnement et des cellules de leurs tissus entre elles.

Elle concerne la mesure de la direction de l'écoulement de l'eau entre deux compartiments et comprend la somme du potentiel osmotique avec le potentiel de pression exercé par la paroi cellulaire.

Chez les plantes, puisque la concentration intracellulaire de soluté est généralement supérieure à celle de l'environnement extracellulaire, le potentiel osmotique est un nombre négatif; tandis que le potentiel de pression est généralement positif.

Plus le potentiel osmotique est bas, plus le potentiel hydrique est négatif. Si elle est considérée comme une cellule, alors on dit que l'eau y pénétrera en suivant son gradient potentiel.

Osmorégulation chez les animaux

Les vertébrés et les invertébrés multicellulaires utilisent différents systèmes pour maintenir l'homéostasie interne, ceci en stricte dépendance de l'habitat qu'ils occupent; c'est-à-dire que les mécanismes adaptatifs sont différents entre les animaux d'eau salée, d'eau douce et terrestres.

Les différentes adaptations dépendent souvent d'organes spécialisés pour l'osmorégulation. Dans la nature, les plus courants sont les organes néphridiens, qui sont des structures excrétrices spécialisées qui fonctionnent comme un système de tubes qui s'ouvrent vers l'extérieur à travers des pores appelés néphridiopores.

Les vers plats ont des structures connues sous le nom de protonéphridiums, tandis que les annélides et les mollusques ont des métanéphridies. Les insectes et les araignées ont une version des organes néphridiens appelés Malpighi Tubules.

Chez les animaux vertébrés, un système osmorégulateur et excréteur est réalisé, principalement composé des reins, mais les systèmes nerveux et endocrinien, le système digestif, les poumons (ou branchies) et la peau participent également à ce processus de maintien de l'équilibre hydrique.

- Animaux aquatiques

Les invertébrés marins sont considérés comme des organismes osmo-adaptatifs, car leur corps est en équilibre osmotique avec l'eau qui les entoure. L'eau et les sels entrent et sortent par diffusion lorsque les concentrations externes changent.

Les invertébrés qui vivent dans les estuaires où la concentration saline montre des fluctuations importantes sont connus sous le nom d'organismes osmorégulateurs, car ils ont des mécanismes de régulation plus complexes en raison du fait que la concentration de sels dans leur intérieur est différente de celle de l'eau où ils vivent.

Les poissons d'eau douce ont une concentration saline à l'intérieur qui est beaucoup plus élevée que celle de l'eau qui les entoure, de sorte qu'une grande quantité d'eau pénètre dans leur intérieur par osmose, mais celle-ci est excrétée sous forme d'urine diluée.

De plus, certaines espèces de poissons ont des cellules branchiales pour l'entrée du sel.

Les vertébrés marins, dont la concentration en sel est inférieure à celle de leur environnement, obtiennent de l'eau en la buvant de la mer et expulsent l'excès de sel dans leur urine. De nombreux oiseaux marins et reptiles ont des «glandes salines» qu'ils utilisent pour libérer l'excès de sel qu'ils obtiennent après avoir bu de l'eau de mer.

La plupart des mammifères marins ingèrent de l'eau salée lorsqu'ils se nourrissent, mais leur intérieur contient généralement une concentration de sel inférieure. Le mécanisme utilisé pour maintenir l'homéostasie est la production d'urine à forte concentration de sels et d'ammoniaque.

Différence d'osmorégulation entre les plantes et les animaux

L'état idéal d'une cellule végétale diffère considérablement de celui d'une cellule animale, ce qui est lié à la présence de la paroi cellulaire qui empêche l'expansion excessive de la cellule due à la pénétration d'eau.

Chez l'animal, l'espace intracellulaire est en équilibre osmotique avec les fluides extracellulaires et les processus d'osmorégulation sont responsables du maintien de cet état.

Les cellules végétales, par contre, ont besoin de turgescence, ce qu'elles obtiennent en maintenant le fluide intracellulaire plus concentré que son environnement, c'est pourquoi l'eau a tendance à y pénétrer.

Exemples

En plus de tous les cas évoqués ci-dessus, un bon exemple de systèmes d'osmorégulation est celui que l'on trouve dans le corps humain:

Chez l'homme, le maintien du volume et de l'osmolarité normaux des fluides corporels implique un équilibre entre l'entrée et la sortie d'eau et de solutés, c'est-à-dire un équilibre où l'entrée est égale à la sortie.

Le soluté extracellulaire principal étant le sodium, la régulation du volume et de l'osmolarité du fluide extracellulaire dépend presque exclusivement des équilibres entre l'eau et le sodium.

L'eau pénètre dans le corps par les aliments et les liquides consommés (dont la régulation dépend des mécanismes de la soif) et est produite en interne à la suite de processus d'oxydation dans les aliments (eau métabolique).

La sortie de l'eau se produit par des pertes insensibles, par la sueur, les matières fécales et l'urine. Le volume d'urine excrété est régulé par le taux plasmatique de l'hormone antidiurétique (ADH).

Le sodium pénètre dans le corps par l'ingestion d'aliments et de liquides. Il est perdu par la sueur, les excréments et l'urine. Sa perte par l'urine est l'un des mécanismes de régulation de la teneur en sodium de l'organisme et dépend de la fonction intrinsèque du rein, régulée par l'hormone aldostérone.

Références

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