Fiche de révision : Transports passifs en biophysique

📋 Plan du Cours

1. Principes généraux des transports passifs
2. Diffusion et mouvement brownien
3. Première loi de Fick
4. Deuxième loi et coefficient de diffusion
5. Diffusion multidimensionnelle
6. Filtration et tamisage membranaire
7. Osmose et membranes sélectives
8. Flux et pression osmotique
9. Osmolarité et tonicité

📖 1. Principes généraux des transports passifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Transport passif : Déplacement moléculaire sans consommation d’énergie, entraîné par un gradient de concentration, un gradient de pression ou une interaction électrique.
• Gradient : Variation d’une grandeur dans l’espace, comme la variation d’une concentration lors d’un déplacement.

📝 Points essentiels

• Les quatre types de transports passifs sont:
  • La diffusion transfère un soluté sous l’effet d’un gradient de concentration
  • La filtration transfère un solvant ou une solution sous l’effet d’un gradient de pression
  • L’osmose transfère un solvant sous l’effet d’un gradient de concentration du soluté
  • Les transports ioniques résultent d’interactions électriques

💡 Astuce mémo

Passif : gradients de concentration ou de pression ; actif : dépense d’ATP

📖 2. Diffusion et mouvement brownien

🔑 Notions clés & Définitions

• Mouvement brownien : Résultat macroscopique de l’agitation thermique moléculaire, qui produit des mouvements aléatoires dépendant de la température et tendant à homogénéiser la distribution des particules.
• Diffusion en phase liquide : Transport de masse dépendant de la différence de concentration entre les régions du milieu.

📝 Points essentiels

• La diffusion en milieu liquide dépend de:
  • La viscosité
  • La température
  • La taille des particules
  • La cohésion du milieu
  • Les forces d’interaction

💡 Astuce mémo

Agitation thermique → déplacements aléatoires → homogénéisation

📖 3. Première loi de Fick

★ À maîtriser

📐 Formule — La première loi de Fick relie le débit massique diffusif au coefficient de diffusion, à la surface d’échange et au gradient de concentration : $\dot{m}=-D S\frac{dC}{dx}$.

📌 Le flux est le débit de matière par unité de surface et peut être massique ou molaire.

Compléments

• Lors d’une diffusion membranaire, la surface d’échange correspond à la surface totale des pores de la membrane et non à la surface membranaire totale.

📖 4. Deuxième loi et coefficient de diffusion

🔑 Notions clés & Définitions

• Coefficient de diffusion : Caractérise la capacité d’une particule à se déplacer dans un couple solvant-soluté donné et s’exprime en m².s⁻¹ dans le système international.

📝 Points essentiels

📐 Formule — La deuxième loi de Fick décrit l’évolution de la concentration dans le temps selon $\frac{\partial C}{\partial t}=D\frac{\partial^2 C}{\partial x^2}$.

• Dans un système fermé initialement plus concentré à gauche, la concentration de gauche diminue, celle de droite augmente, puis les concentrations s’égalisent au temps infini.

💡 Astuce mémo

Première loi : flux ; deuxième loi : concentrations dans le temps

📖 5. Diffusion multidimensionnelle

★ À maîtriser

📐 Formule — En une dimension, la distance quadratique moyenne vérifie $L^2=2D\Delta t$.

📐 Formule — En trois dimensions, le déplacement radial vérifie $r^2=6D\Delta t$ et le temps vaut $\Delta t=\frac{r^2}{6D}$.

Compléments

📐 Formule — En deux dimensions, le déplacement radial vérifie $r^2=4D\Delta t$ et le temps vaut $\Delta t=\frac{r^2}{4D}$.

💡 Astuce mémo

Une dimension, puis deux, puis trois : ligne, cercle, sphère

📖 6. Filtration et tamisage membranaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Filtration : Transfert de solvant ou de solution à travers les pores d’une membrane sous l’effet d’un gradient de pression, des hautes pressions vers les basses pressions.
• Coefficient de tamisage : Le coefficient de tamisage T mesure la capacité d’un soluté à traverser une membrane : T vaut 1 pour une membrane perméable, 0 pour une membrane hémiperméable et est compris entre 0 et 1 pour une membrane sélective.

📝 Points essentiels

📌 Une membrane réelle peut laisser passer un soluté selon sa taille et sa polarité, car les molécules apolaires traversent plus facilement les bicouches lipidiques que les molécules polaires.

💡 Astuce mémo

Gradient de pression → passage du solvant ou de la solution à travers les pores

📖 7. Osmose et membranes sélectives

🔑 Notions clés & Définitions

• Osmose : Transfert de solvant provoqué par une différence de concentration en soluté, le solvant allant du compartiment le moins concentré vers le compartiment le plus concentré pour le diluer.

📝 Points essentiels

• Dans l’eau pure, les hématies absorbent de l’eau, gonflent et peuvent éclater par hémolyse, tandis que dans un milieu très concentré elles perdent de l’eau et se rétractent par plasmolyse.

📌 Une membrane hémiperméable retient tous les solutés et laisse passer le solvant, tandis qu’une membrane sélective physiologique laisse passer le solvant et certains petits solutés selon la taille des pores et la liposolubilité.

💡 Astuce mémo

Hémiperméable : solvant seul ; sélective : solvant et petits solutés

📖 8. Flux et pression osmotique

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression osmotique : Pression qu’il faudrait appliquer pour empêcher le transfert d’eau provoqué par un gradient de concentration en solutés non diffusibles à travers une membrane hémiperméable.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Le flux net du solvant est la somme du flux de diffusion et du flux de filtration : $J_{net}=J_D+J_F$.

📌 L’équilibre des volumes est obtenu lorsque le flux net est nul, c’est-à-dire lorsque $J_D=-J_F$.

📐 Formule — La loi de Van’t Hoff relie la pression osmotique à la concentration osmolaire selon $\pi=RT C_{osm}$.

📖 9. Osmolarité et tonicité

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration osmolaire : Quantité totale de particules osmotiquement actives par unité de volume de solution.

★ À maîtriser

• La concentration osmolaire totale du plasma sanguin est d’environ 305 mOsm.L⁻¹, tandis que sa concentration osmolaire efficace, ou tonicité, est d’environ 300 mOsm.L⁻¹.

📌 Une solution isotonique possède une tonicité de 300 mOsm.L⁻¹, une solution hypertonique une tonicité supérieure à 300 mOsm.L⁻¹ et une solution hypotonique une tonicité inférieure à 300 mOsm.L⁻¹.

Compléments

• Une mole de glucose non dissocié correspond à une osmole, tandis qu’une mole de NaCl dissociée en Na+ et Cl− correspond à deux osmoles.

💡 Astuce mémo

Osmolarité totale : toutes les particules ; tonicité : particules osmotiquement efficaces

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des transports passifs