La circulation des fluides dans les cellules

Module 2 – Les cellules et les systèmes
organiques
Thème 4 – La circulation des fluides dans les
cellules
La membrane cellulaire
Les cellules individuelles d’un organisme remplissent les mêmes fonctions que l’organisme lui-même.
Quand tu bois de l’eau, tes cellules utilisent l’eau pour remplir leurs fonctions. De la même façon, tes
cellules utilisent l’air que tu respires et les aliments que tu manges. Les substances qui entrent dans les
cellules ou qui en sortent sont contrôlées lorsqu’elles traversent la membrane cellulaire. La membrane
cellulaire permet à certaines substances d’entrer mais elle interdit le passage à d’autres substances.
C’est ce qu’on nomme une perméabilité sélective. Une membrane qui laisse passer toutes les
substances est perméable. Une membrane qui ne laisse rien entrer est imperméable.
La diffusion
Le modèle particulaire explique le mouvement des particules. Il décrit le mouvement constant des
particules dans tous les liquides et les gaz. Ces particules bougent dans tous les sens se frappent
continuellement les unes les autres.
Le modèle particulaire de la matière
C’est une description scientifique de différentes caractéristiques des particules.
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Toutes les substances sont faites de particules minuscules, trop petites pour être visibles;
Les particules sont toujours en mouvement : elles vibrent, tournent et (dans les liquides et les
gaz) se déplacent. Le mouvement des particules accélère à mesure que la température
augmente. Le mouvement des particules ralentit à mesure que la température diminue;
Il y a de l’espace entre les particules;
Toutes les particules d’une substance pure sont semblables;
Il y a des forces d’attraction entre les particules. La force de cette attraction dépend du type de
particules.
Leurs collisions expliquent pourquoi les particules concentrées dans une zone diffusent vers des zones
avec moins de particules. Ce processus s’appelle diffusion.
La diffusion dans les cellules
La diffusion aide aussi au déplacement des substances qui entrent et sortent des cellules. Voir Figure
2.13A & Figure 2.13B (page 130)
L’osmose
La diffusion de l’eau à travers une membrane à perméabilité sélective s’appelle osmose. L'osmose est un
caractère sélectif de la diffusion au travers d'une paroi poreuse (à perméabilité sélective), qui est
traversée plus rapidement par les plus petites molécules et donc par le solvant d'une solution plutôt que
par les substances dissoutes. Ce phénomène qui tend à égaliser les concentrations de solutions joue un
rôle important en biologie dans les échanges de matière, au niveau de la cellule.
L'osmose est aussi un transport passif. Il y a toujours tendance vers l'équilibre donc l'eau passe du côté
moins concentré vers le côté plus concentré afin de rendre les deux côtés isotoniques.
Lorsque tu dépenses beaucoup d’énergie, ta respiration et ta sueur enlèvent à ton organisme une partie
de son humidité (eau). L’humidité perdue s’échappe par la surface de la peau et des poumons. Alors, le
corps utilise l’eau des autres cellules et structures pour remplacer l’eau perdue par des surfaces. Cela se
produit en osmose et en partie grâce au système circulatoire du corps. Ton corps a régulièrement besoin
d’eau pour ramener la quantité d’eau des cellules à son niveau normal.
L’eau est importante pour les organismes vivants, car elle dissout un grand nombre de substances qui
jouent un rôle dans le processus cellulaire. Par exemple, le glucose que les cellules utilisent comme
source d’énergie se dissout dans l’eau pour former une solution de glucose.
Lorsqu’une quantité d’eau se retire d’une cellule, les substances dissoutes à l’intérieur de la cellule
deviennent plus concentrées. Lorsqu’une quantité d’eau entre dans une cellule, les substances dissoutes
à l’intérieur de la cellule deviennent plus diluées.
Qu'est-ce que la pression osmotique ?
Principe: On appelle osmose le transfert de solvant (eau dans la plupart des cas) à travers une
membrane.
Considérons le système ci-dessous à deux compartiments séparés par une membrane sélective et
contenant deux solutions de concentrations différentes.
Le phénomène d'osmose va se traduire par un flux d'eau dirigé de la solution diluée vers la solution
concentrée. Si l'on essaie d'empêcher ce flux d'eau en appliquant une pression sur la solution
concentrée, la quantité d'eau transférée par osmose va diminuer. Il arrivera un moment où la pression
appliquée sera telle que le flux d'eau va s'annuler.
Cette pression d'équilibre est appelée pression osmotique. Une augmentation de la pression au delà de
la pression osmotique va se traduire par un flux d'eau dirigé en sens inverse du flux osmotique, c'est à
dire de la solution concentrée vers la solution diluée: c'est le phénomène d'osmose inverse.
La circulation des fluides dans les plantes
Les plantes ont besoin de l’eau. L’eau sert à produire des sucres par le processus de photosynthèse.
Le transport des éléments nutritifs est le rôle des tissus de la plante. À l’intérieur de la plante, 2 types de
tissus, appelés tissus vasculaires, relient les racines aux feuilles. Le phloème transporte les sucres
fabriqués dans les feuilles vers le reste de la plante. L’autre tissu est le xylème; il transporte vers toutes
les cellules l’eau et les minéraux qu’absorbent les cellules des racines. Voir Figure 2.16 (page 134)
De la racine à la feuille
Si tu examines la structure du système de racines, tu verras que les extrémités sont recouvertes de poils
absorbants très fins. Ces poils sont les prolongements de cellules épidermiques individuelles. Les
cellules épidermiques forment le tissu épidermique qui protège l’extérieur de la plante. Quand la
concentration d’eau dans la terre est supérieure à la concentration d’eau dans les cellules radiculaires
l’eau pénètre les poils absorbants par osmose. À partir des poils absorbants, l’eau passe de cellule en
cellule par osmose jusqu’à ce qu’elle atteigne le xylème. Les cellules tubulaires du xylème ont des parois
épaisses et des petites ouvertures à chaque bout. Plus il y a d’eau qui pénètre les poils absorbants, plus
la pression augmente et plus elle pousse l’eau vers le haut de la plante dans le xylème.
Le xylème transporte l’eau vers les tiges et les feuilles. Les feuilles produisent la nourriture d’une plante.
La photosynthèse est la production de sucres à partir d’eau, de dioxyde de carbone et de lumière
solaire. La photosynthèse a lieu en majeure partie dans une couche de cellules de la feuille remplies de
chloroplastes. Ces cellules s’appellent cellules palissadiques. Les feuilles sont plates et minces pour
capter la lumière du soleil et faciliter la diffusion des gaz dans les cellules des feuilles.
Les stomates laissent entrer dans la feuille l’air qui fournit aux cellules l’oxygène nécessaire à la
respiration et le dioxyde de carbone nécessaire à la photosynthèse.
La transpiration
Les stomates s’ouvrent pour laisser entrer et quitter l’eau. La perte d’eau par évaporation est la
transpiration. La perte d’eau n’est pas un problème à condition que d’autre eau entre par les racines de
la plante.
Pousser et tirer
Selon le modèle particulaire, les particules individuelles d’eau se tiennent ensemble grâce à des liens
d’attraction, de sorte que l’eau du réseau aquifère d’une plante se comporte comme un ensemble.
L’eau aspirée dans les poils absorbants par osmose pousse les fines colonnes d’eau vers le haut de la
plante. L’eau qui s’échappe des feuilles par transpiration tire l’eau du xylème à partir des racines. C’est
ainsi qu’un arbre peut faire circuler l’eau sans avoir besoin d’un organe de pompage.