OSMOSE: PROCESSUS, TYPES, DIFFÉRENCES AVEC DIFFUSION ET EXEMPLES - LA BIOLOGIE - 2025

L' osmose est un phénomène passif de déplacement de l'eau à travers une membrane. Cela peut être une membrane cellulaire, un épithélium ou une membrane artificielle. L'eau passe d'une région à basse pression osmotique (ou où l'eau est plus abondante) à la région avec des pressions osmotiques plus élevées (ou où l'eau est moins abondante).

Ce processus est d'importance biologique et orchestre une série de processus physiologiques, tant chez les animaux que chez les plantes.

Source: OpenStax

Le premier chercheur à rapporter le phénomène osmotique est l'abbé Jean Antoine Nollet. En 1748, Nollet travaillait avec des membranes de cellules animales et remarqua que lorsque de l'eau pure était placée d'un côté de la membrane et une solution avec des électrolytes dilués de l'autre côté, l'eau se déplaçait dans la région avec des solutés.

Ainsi, le passage de l'eau au profit de son gradient de concentration a été décrit et il a été appelé osmose. Le terme vient des racines grecques osmos, qui signifie pousser.

En 1877, Wilhelm Pfeller a fait les premières études sur la pression osmotique. Sa conception expérimentale impliquait l'utilisation d'une «membrane» de ferrocyanure de cuivre à la surface d'une coupe d'argile poreuse, donnant naissance à une membrane qui permettait le passage des molécules d'eau.

Les membranes artificielles de Pfeller étaient suffisamment solides pour résister à des pressions osmotiques importantes et ne pas s'effondrer. Ce chercheur a pu conclure que la pression osmotique est proportionnelle à la concentration en soluté.

Processus

Le mouvement de l'eau à travers une membrane d'une zone de faible concentration à une zone de forte concentration est appelé osmose. Ce processus se produit d'une zone avec la pression osmotique la plus basse à la pression osmotique la plus élevée.

Au début, cette affirmation peut être déroutante - et même contradictoire. Nous sommes habitués aux mouvements passifs «de haut en bas». Par exemple, la chaleur peut être de températures élevées à basses, le glucose diffuse des régions de forte concentration vers les zones moins concentrées, et ainsi de suite.

Comme nous l'avons mentionné, l'eau qui subit le phénomène d'osmose passe des basses pressions aux hautes pressions. Cela se produit parce que l'eau est plus abondante par unité de volume là où le soluté est moins abondant.

Autrement dit, pendant l'osmose, l'eau se déplace là où elle (l'eau) est plus abondante vers là où elle est moins abondante. Par conséquent, le phénomène doit être compris du point de vue de l'eau.

Il est important de se rappeler que l'osmose régit le mouvement de l'eau à travers les membranes et n'affecte pas directement le mouvement des solutés. Lorsque les solutés diffusent, ils le font en suivant des gradients de leur propre concentration chimique. Seule l'eau suit le gradient de concentration de la pression osmotique.

Pression osmotique

Des pressions?

L'un des aspects les plus déroutants lorsqu'il s'agit de comprendre le processus d'osmose est l'utilisation du mot pressions. Pour éviter toute confusion, il est important de préciser qu'une solution en elle-même n'exerce pas de pression hydrostatique en raison de sa pression osmotique.

Par exemple, une solution de glucose 1 M a une pression osmotique de 22 atm. Cependant, la solution "n'explose" pas les bouteilles en verre et peut être stockée de la même manière que l'eau pure car une solution isolée ne se traduit pas en pression hydrostatique.

Le terme pressions n'est utilisé qu'en raison d'un accident historique, puisque les premiers scientifiques à étudier ces phénomènes étaient physiques et chimiques.

Ainsi, si deux solutions qui diffèrent par leurs pressions osmotiques sont séparées par une membrane, une pression hydrostatique sera créée.

Pressions osmotique et hydrostatique

Le processus d'osmose conduit à la formation d'une pression hydrostatique. La différence de pression conduit à une augmentation du niveau de la solution la plus concentrée, au fur et à mesure que l'eau y diffuse. La montée du niveau d'eau se poursuit jusqu'à ce que le taux net de mouvement de l'eau soit égal à zéro.

Un débit net est obtenu lorsque la pression hydrostatique dans le compartiment II est suffisante pour forcer les molécules d'eau à revenir au comportement I, à la même vitesse que l'osmose fait passer les molécules du compartiment I à II.

La pression de l'eau qui fait reculer les particules (des compartiments I à II) est appelée pression osmotique de la solution dans le compartiment II.

Comment le débit d'eau dans les cellules est-il contrôlé?

Grâce au phénomène osmotique, l'eau peut passer passivement à travers les membranes cellulaires. Historiquement, on sait que les animaux n'ont pas de système de transport actif de l'eau pour contrôler le flux de cette substance.

Cependant, les systèmes de transport de solutés actifs peuvent changer la direction du mouvement de l'eau dans une direction favorable. De cette manière, le transport actif de soluté est un moyen par lequel les animaux utilisent leur énergie métabolique pour contrôler la direction du transport de l'eau.

Quantification

Il existe des formules mathématiques qui permettent de mesurer la vitesse à laquelle l'eau traversera les membranes par osmose. L'équation pour le calculer est la suivante:

Vitesse de transport osmotique de l'eau = K (Π ₁ –Π ₂ / X). Où Π ₁ et Π ₂ sont les pressions osmotiques des solutions de part et d'autre de la membrane et X est la distance qui les sépare.

La relation (Π ₁ –Π ₂ / X) est connue sous le nom de gradient de pression osmotique ou gradient osmotique.

Le dernier terme de l'équation est K est le coefficient de proportionnalité qui dépend de la température et de la perméabilité de la membrane.

Différences avec la diffusion

Qu'est-ce que la radiodiffusion?

La diffusion se produit par le mouvement thermique aléatoire des molécules dissoutes ou en suspension, ce qui provoque leur dispersion des régions de fortes concentrations vers les plus faibles. Le taux de diffusion peut être calculé au moyen de l'équation de Fick.

C'est un processus exergonique dû à l'augmentation de l'entropie représentée par la distribution aléatoire des molécules.

Dans le cas où la substance est électrolytique, la différence totale de charge entre les deux compartiments doit être prise en compte - en plus des concentrations.

L'osmose est un cas particulier de diffusion

Diffusion et osmose ne sont pas des termes opposés, encore moins des concepts mutuellement exclusifs.

Les molécules d'eau ont la capacité de se déplacer rapidement à travers les membranes cellulaires. Comme nous l'avons expliqué, ils diffusent d'une région à faible concentration de soluté à une région de concentration élevée dans un processus appelé osmose.

Il nous semble étrange de parler de «concentration en eau», mais cette substance se comporte comme toute autre substance. Autrement dit, il diffuse en faveur de son gradient de concentration.

Cependant, certains auteurs utilisent le terme «diffusion de l'eau» comme synonyme d'osmose. Il peut être faux de l'appliquer littéralement aux systèmes biologiques, car il a été démontré que le taux d'osmose à travers les membranes biologiques est plus élevé que ce à quoi on pourrait s'attendre par un simple processus de diffusion.

Dans certains systèmes biologiques, l'eau passe par simple diffusion à travers la membrane cellulaire. Cependant, certaines cellules ont des canaux spéciaux pour le passage de l'eau. Les plus importants sont appelés aquaporines, augmentant la vitesse d'écoulement de l'eau à travers la membrane.

Exemples

Dans les systèmes biologiques, le mouvement de l'eau à travers les membranes cellulaires est crucial pour comprendre des dizaines de processus physiologiques. Quelques exemples sont:

Échange osmotique chez les poissons d'eau douce

Un exemple intéressant du rôle de l'osmose chez les animaux est l'échange d'eau qui se produit chez les poissons vivant dans les eaux douces.

Les animaux qui habitent les plans d'eau douce sont constamment absorbés par l'eau de la rivière ou de l'étang où ils vivent dans leur corps, car la concentration de plasma sanguin et d'autres liquides organiques a une concentration beaucoup plus élevée que celle de l'eau..

L'espèce de poisson Carassius auratus vit dans des environnements d'eau douce. Un individu qui a une masse de 100 grammes peut gagner environ 30 grammes d'eau par jour grâce au mouvement de l'eau à l'intérieur de son corps. Les poissons ont des systèmes - énergétiquement coûteux - pour se débarrasser continuellement de l'excès d'eau.

Réabsorption de liquides

Dans le système gastro-intestinal des animaux, le phénomène d'osmose doit se produire pour qu'il fonctionne correctement. Le tube digestif sécrète une quantité importante de liquide (de l'ordre du litre) qui doit être réabsorbée par osmose par les cellules qui tapissent les intestins.

Si ce système n'effectue pas son travail, des événements diarrhéiques graves peuvent survenir. La prolongation de ce dysfonctionnement peut entraîner une déshydratation du patient.

Turgor dans les plantes

Le volume d'eau à l'intérieur des cellules dépend de la concentration de l'environnement interne et externe, et l'écoulement est orchestré par les phénomènes de diffusion et d'osmose.

Si une cellule animale (comme un érythrocyte) est placée dans un milieu qui encourage l'entrée d'eau, elle pourrait éclater. En revanche, les cellules végétales ont une paroi qui les protège du stress osmotique.

En effet, les plantes non ligneuses profitent de cette pression générée par l'entrée passive d'eau. Cette pression aide à maintenir les différents organes végétaux, tels que les feuilles, turgescents. Dès que l'eau commence à s'écouler des cellules, la cellule perd sa turgescence et se flétrit.

Références

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