Diffusion et osmose

La diffusion et l’osmose sont des concepts importants qui expliquent comment l’eau et d’autres matériaux dont les cellules ont besoin sont transportés à travers les membranes cellulaires.

Parlons d'abord de la diffusion. Il est défini comme le mouvement net des particules d’une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration. La variation graduée de la concentration entre les deux zones est appelée gradient de concentration. Bien que la diffusion soit directionnelle nette, les particules se déplacent constamment dans les deux sens en raison d’un mouvement aléatoire, de sorte que même à l’équilibre, lorsque la densité des particules est la même tout au long du gradient de concentration, les particules continuent de se déplacer dans les deux sens à un taux d’échange constant.

De même, l’eau se déplace à travers les membranes cellulaires par diffusion dans un processus appelé osmose, mais tout ne peut pas passer librement à travers les membranes cellulaires, c’est pourquoi elles sont appelées semi-perméables. C’est important, car cela signifie que les cellules peuvent réguler et maintenir différentes concentrations de solutés à l’intérieur et à l’extérieur de leurs membranes. En fonction des concentrations relatives de soluté des solutions séparées par des membranes semi-perméables, nous les qualifions d’hypotoniques, isotoniques ou hypertoniques. L’hypotonique se produit lorsque la concentration de soluté est plus élevée à l’intérieur de la cellule par rapport à l’extérieur. On parle d’isotonique lorsque la concentration de soluté à l’intérieur est égale à la concentration extérieure. On parle d’hypertonique lorsque la concentration de soluté extérieur dépasse la concentration de soluté intérieur. Cela peut affecter le mouvement de l’eau à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule lorsque l’eau se déplace vers la zone de plus grande concentration de soluté. À son tour, cela peut affecter les formes des cellules, provoquant des ballonnements cellulaires dans les solutions hypotoniques, aucun changement de forme dans les solutions isotoniques et le ratatinement cellulaire en présence de solutions hypertoniques.

La capacité de l’eau à se déplacer dans les cellules est différente entre les cellules végétales et animales en raison de la présence d’une paroi cellulaire végétale supplémentaire. Les parois cellulaires sont rigides et ne sont perméables qu’aux petites molécules. Lorsque l’eau pénètre dans les cellules végétales, la membrane est poussée contre la paroi cellulaire, créant une pression hydrostatique ou de turgescence. Cette pression limite la quantité et la vitesse à laquelle l’eau peut pénétrer dans la cellule.

La diffusion est également un facteur limitant majeur de la taille des cellules et aide à expliquer pourquoi les organismes unicellulaires sont généralement très petits. Les organismes multicellulaires sont constitués de nombreuses petites cellules, ce qui donne un meilleur rapport surface/volume total et augmente les taux de diffusion. De nombreux aspects de notre physiologie, comme la respiration et la digestion, reposent sur la diffusion. Par exemple, les poumons humains ont de nombreuses petites alvéoles qui sont comme de petites poches. Cette surface supplémentaire rend le poumon plus efficace dans la diffusion des gaz dans et hors de la circulation sanguine.

Dans ce laboratoire, vous utiliserez deux modèles de cellules, un cube d’agar et un tube de dialyse pour tester les principes de diffusion et d’osmose.