Transport passif
Afin de comprendre comment les substances se déplacent passivement à travers une membrane cellulaire, il est nécessaire de comprendre les gradients de concentration et la diffusion. Un gradient de concentration est la différence de concentration d’une substance dans un espace. Les molécules (ou ions) se propageront / diffuseront d’où elles sont plus concentrées vers où elles sont moins concentrées jusqu’à ce qu’elles soient également réparties dans cet espace. (Lorsque les molécules se déplacent de cette manière, on dit qu’elles descendent leur gradient de concentration.) Trois types courants de transport passif comprennent la diffusion simple, l’osmose et la diffusion facilitée.
La diffusion simple est le mouvement des particules d’une zone de concentration plus élevée vers une zone de concentration plus faible. Quelques exemples courants aideront à illustrer ce concept. Imaginez être dans une salle de bain fermée. Si un flacon de parfum était pulvérisé, les molécules de parfum se diffuseraient naturellement de l’endroit où elles ont quitté le flacon vers tous les coins de la salle de bain, et cette diffusion se poursuivrait jusqu’à ce qu’il ne reste plus de gradient de concentration. Un autre exemple est une cuillerée de sucre placée dans une tasse de thé. Finalement, le sucre se diffusera dans tout le thé jusqu’à ce qu’il ne reste aucun gradient de concentration. Dans les deux cas, si la pièce est plus chaude ou le thé plus chaud, la diffusion se produit encore plus rapidement car les molécules se heurtent les unes aux autres et se propagent plus rapidement qu’à des températures plus froides. Avoir une température interne du corps autour de 98,6 ° F contribue ainsi également à la diffusion des particules dans le corps.
Visitez ce lien pour voir la diffusion et comment elle est propulsée par l’énergie cinétique des molécules en solution. Comment la température affecte-t-elle le taux de diffusion et pourquoi?
Chaque fois qu’une substance existe en plus grande concentration d’un côté d’une membrane semi-perméable, telle que la membrane plasmique, toute substance qui peut descendre son gradient de concentration à travers la membrane le fera. Considérez les substances qui peuvent facilement diffuser à travers la bicouche lipidique de la membrane cellulaire, telles que les gaz oxygène (O2) et CO2. L’O2 diffuse généralement dans les cellules parce qu’il est plus concentré à l’extérieur d’elles, et le CO2 diffuse généralement hors des cellules parce qu’il est plus concentré à l’intérieur d’elles. Aucun de ces exemples ne nécessite d’énergie de la part de la cellule, et ils utilisent donc un transport passif pour se déplacer à travers la membrane. Avant de passer à autre chose, vous devez examiner les gaz qui peuvent diffuser à travers une membrane cellulaire. Étant donné que les cellules consomment rapidement de l’oxygène pendant le métabolisme, il y a généralement une concentration d’O2 plus faible à l’intérieur de la cellule qu’à l’extérieur. En conséquence, l’oxygène diffusera du liquide interstitiel directement à travers la bicouche lipidique de la membrane et dans le cytoplasme de la cellule. D’autre part, parce que les cellules produisent du CO2 en tant que sous-produit du métabolisme, les concentrations de CO2 augmentent dans le cytoplasme; par conséquent, le CO2 se déplacera de la cellule à travers la bicouche lipidique et dans le liquide interstitiel, où sa concentration est plus faible. Ce mécanisme de propagation des molécules d’où elles sont plus concentrées à où elles sont moins concentrées est une forme de transport passif appelée diffusion simple (Figure 3.15).
Figure 3.15. Diffusion simple à travers la membrane cellulaire (Plasma) La structure de la bicouche lipidique ne permet que de petites substances non polaires telles que l’oxygène et le dioxyde de carbone de traverser la membrane cellulaire, en descendant leur gradient de concentration, par diffusion simple.
L’osmose est la diffusion de l’eau à travers une membrane semi-perméable (Figure 3.16). L’eau peut se déplacer librement à travers la membrane cellulaire de toutes les cellules, soit par des canaux protéiques, soit en glissant entre les queues lipidiques de la membrane elle-même. Cependant, c’est la concentration de solutés dans l’eau qui détermine si l’eau se déplacera ou non dans la cellule, hors de la cellule ou les deux.
Figure 3.16. Osmose L’osmose est la diffusion de l’eau à travers une membrane semi-perméable le long de son gradient de concentration. Si une membrane est perméable à l’eau, mais pas à un soluté, l’eau égalisera sa propre concentration en diffusant du côté de la concentration en eau la plus faible (et donc du côté de la concentration en soluté la plus élevée). Dans le bécher à gauche, la solution du côté droit de la membrane est hypertonique.
Les solutés dans une solution créent une pression osmotique, une pression qui tire l’eau. L’osmose se produit lorsqu’il y a un déséquilibre des solutés à l’extérieur d’une cellule par rapport à l’intérieur de la cellule. Plus une solution contient de soluté, plus la pression osmotique de cette solution sera grande. Une solution qui a une concentration de solutés plus élevée qu’une autre solution est dite hypertonique. Les molécules d’eau ont tendance à se diffuser dans une solution hypertonique car la pression osmotique plus élevée tire l’eau (Figure 3.17). Si une cellule est placée dans une solution hypertonique, les cellules se ratatinent ou se crénèlent lorsque l’eau quitte la cellule par osmose. En revanche, une solution qui a une concentration de solutés plus faible qu’une autre solution est dite hypotonique. Les cellules d’une solution hypotonique vont prendre trop d’eau et gonfler, avec le risque d’éclater éventuellement, un processus appelé lyse. Un aspect critique de l’homéostasie chez les êtres vivants est de créer un environnement interne dans lequel toutes les cellules du corps sont dans une solution isotonique, un environnement dans lequel deux solutions ont la même concentration de solutés (pression osmotique égale). Lorsque les cellules et leurs environnements extracellulaires sont isotoniques, la concentration des molécules d’eau est la même à l’extérieur et à l’intérieur des cellules, de sorte que l’eau s’écoule à l’intérieur et à l’extérieur et que les cellules conservent leur forme (et leur fonction) normales. Divers systèmes d’organes, en particulier les reins, travaillent pour maintenir cette homéostasie.
Figure 3.17. Concentration des solutions Une solution hypertonique a une concentration en soluté plus élevée qu’une autre solution. Une solution isotonique a une concentration en soluté égale à une autre solution. Une solution hypotonique a une concentration en soluté inférieure à une autre solution.