Fiche de révision : Bases physiques des déplacements en solution

📋 Plan du Cours

1. Phénomène d’osmose
2. Pression osmotique et tonicité
3. Ultrafiltration et rein
4. Transferts entre compartiments
5. Équilibre de Donnan
6. Transferts membranaires
7. Potentiel de membrane
8. Membranes excitables

📖 1. Phénomène d’osmose

🔑 Notions clés & Définitions

• Osmose : Transfert passif d’eau entre deux compartiments séparés par une membrane, vers le compartiment le plus concentré en solutés non diffusibles.
• Osmolarité : L’osmolarité est la concentration totale en osmoles d’une solution, tandis que l’osmolarité non diffusible correspond aux solutés qui ne traversent pas la membrane considérée.

★ À maîtriser

• L’eau se déplace spontanément vers le compartiment le plus concentré en solutés non diffusibles jusqu’à l’égalité de leur osmolarité.

Compléments

📐 Formule — Lorsque la concentration en soluté est plus élevée dans le compartiment 1, la fraction molaire de l’eau y est plus faible : $[S]_1>[S]_2 \Rightarrow [H_2O]_1<[H_2O]_2$.

💡 Astuce mémo

Solutés non diffusibles concentrés → déplacement de l’eau

📖 2. Pression osmotique et tonicité

★ À maîtriser

📐 Formule — La pression osmotique vérifie $\pi=\Delta\omega_{ND}RT=(\omega_{ND1}-\omega_{ND2})RT$.

📌 Une solution iso-osmotique possède la même osmolarité totale $\omega_{tot}$, tandis qu’une solution isotonique possède la même osmolarité efficace $\omega_{eff}=\omega_{tot}-\omega_{urée}-\omega_{glucose}$.

📌 Dans un milieu hypertonique, le globule rouge perd de l’eau et devient crénelé, tandis que dans un milieu hypotonique il gagne de l’eau, devient turgescent et peut subir une hémolyse.

Compléments

• Les perméabilités membranaires sont les suivantes:
  • Membrane semi-perméable parfaite : eau uniquement
  • Membrane dialysante : petits électrolytes, solutés neutres et eau
  • Membrane cellulaire : petits solutés neutres et eau

💡 Astuce mémo

Iso-osmotique concerne ωtot, isotonique concerne ωeff

📖 3. Ultrafiltration et rein

🔑 Notions clés & Définitions

• Ultrafiltration : Transport de solutés entraînés par un flux d’eau lorsqu’ils peuvent franchir la membrane sous l’effet d’une pression.
• Urines primitives : Ultrafiltrat du plasma dépourvu de protéines produit par la filtration glomérulaire.

📝 Points essentiels

• La filtration glomérulaire est un processus unidirectionnel, passif et non sélectif assuré par le glomérule, une membrane dialysante du néphron.

• Le filtrat glomérulaire contient les éléments du sang à l’exception des globules rouges, des plaquettes et des protéines.

💡 Astuce mémo

Pression → ultrafiltrat → filtration glomérulaire

📖 4. Transferts entre compartiments

★ À maîtriser

📌 La diffusion des solutés exige une membrane perméable et un gradient de concentration, tandis que l’osmose exige une membrane imperméable à certains solutés et déplace l’eau vers les solutés non diffusibles.

📌 La diffusion d’un soluté s’effectue spontanément du compartiment le plus concentré vers le moins concentré et s’arrête lorsque les concentrations deviennent égales.

Compléments

📌 Lors d’une ultrafiltration, le débit d’eau est proportionnel à la pression transmembranaire et l’ultrafiltrat transporte les solutés capables de franchir les pores.

💡 Astuce mémo

Diffusion de solutés, osmose de l’eau, ultrafiltration sous pression

📖 5. Équilibre de Donnan

🔑 Notions clés & Définitions

• Équilibre de Donnan : Équilibre d’électro-diffusion apparaissant en présence d’un ion non diffusible et entraînant une répartition inégale des ions diffusibles ainsi qu’une différence de potentiel membranaire.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour chaque ion diffusible à l’équilibre, la relation de Nernst s’écrit $V_1-V_2=\frac{RT}{zF}\ln\left(\frac{C_2}{C_1}\right)$.

• À l’équilibre de Donnan, l’électroneutralité est respectée, les ions diffusibles n’égalent pas leurs concentrations et la pression osmotique est supérieure à la pression attendue.

Compléments

📐 Formule — Dans le modèle avec un protéinate de sodium non diffusible, l’équilibre des ions vérifie $[Na^+]_1[Cl^-]_1=[Na^+]_2[Cl^-]_2$.

💡 Astuce mémo

Ion non diffusible → répartition ionique → potentiel membranaire

📖 6. Transferts membranaires

★ À maîtriser

📌 Un transfert passif suit un gradient et s’arrête à l’équilibre, tandis qu’un transfert actif peut fonctionner sans gradient ou contre lui grâce à une dépense énergétique.

• La diffusion simple traverse la membrane, la diffusion médiée utilise une protéine canal et le transport facilité utilise une protéine porteuse.

📌 Une protéine canal est rapide et moins sélective, tandis qu’une protéine porteuse est plus lente et plus sélective.

• La pompe Na+/K+-ATPase expulse 3 ions Na+ et fait entrer 2 ions K+ par molécule d’ATP, ce qui la rend électrogène avec un rapport de couplage de 3/2.

Compléments

• Les canaux peuvent être ouverts, fermés ou inactivés et être contrôlés par le potentiel membranaire, un messager intra- ou extracellulaire ou un étirement.

💡 Astuce mémo

Canal rapide et peu sélectif, transporteur lent et sélectif

📖 7. Potentiel de membrane

🔑 Notions clés & Définitions

• Potentiel de repos : Différence de potentiel constante entre l’intérieur et l’extérieur d’une cellule au repos.

★ À maîtriser

• Le sodium est l’ion majoritaire dans le compartiment extracellulaire tandis que le potassium est l’ion majoritaire dans le compartiment intracellulaire.

• Le potentiel de repos est proche du potentiel d’équilibre du potassium parce que la membrane cellulaire des axones est très perméable aux ions potassium.

Compléments

• Le potentiel d’équilibre du sodium est d’environ +70 mV, tandis que celui du potassium est d’environ −90 mV.

• La pompe Na-K-ATPase maintient les gradients de concentration et la pompe Ca2+-ATPase transporte le calcium de l’intérieur vers l’extérieur de la cellule.

💡 Astuce mémo

Gradients ioniques → potentiel de repos maintenu par les pompes

📖 8. Membranes excitables

★ À maîtriser

📌 Une réponse locale à un stimulus infraliminaire est décrémentielle et dépendante de la stimulation, tandis qu’une réponse propagée à un stimulus supraliminaire suit la loi du tout ou rien.

• Le potentiel d’action d’une fibre nerveuse comprend successivement une dépolarisation, un pic, une repolarisation et une hyperpolarisation.

• Le sodium est responsable de la dépolarisation, le potassium de la repolarisation et la tétrodotoxine bloque les canaux sodiques et empêche la création du potentiel d’action.

Compléments

• Un potentiel d’action se propage à une vitesse comprise entre 10 cm et 10–20 m.s−1 et possède une amplitude constante et maximale.

💡 Astuce mémo

Dépolarisation → pic → repolarisation → hyperpolarisation

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des transports