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5.7: Tonicité chez les animaux
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Tonicity in Animals
 
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5.7: Tonicity in Animals

5.7: Tonicité chez les animaux

The tonicity of a solution determines if a cell gains or loses water in that solution. The tonicity depends on the permeability of the cell membrane for different solutes and the concentration of nonpenetrating solutes in the solution within and outside of the cell. If a semipermeable membrane hinders the passage of some solutes but allows water to follow its concentration gradient, water moves from the side with low osmolarity (i.e., less solute) to the side with higher osmolarity (i.e., higher solute concentration). Tonicity of the extracellular fluid determines the magnitude and direction of osmosis and results in three possible conditions: hypertonicity, hypotonicity, and isotonicity.

Isotonic Solutions

In biology, the prefix “iso” means equal or being of equal measurements. When extracellular and intracellular fluid have an equal concentration of nonpenetrating solute inside and outside, the solution is isotonic. Isotonic solutions have no net movement of water. Water will still move in and out, just in equal proportions. Therefore, no change in cell volume occurs.

Hypotonic Solutions

The prefix “hypo” means lower or below. Whenever there is a low concentration of nonpenetrating solute and a high concentration of water outside relative to inside, the environment is hypotonic. Water will move into the cell, causing it to swell. In animal cells, the swelling ultimately causes cells to burst and die. Freshwater is an example of a hypotonic environment. Freshwater organisms tend to have higher osmolarity (i.e., higher salt concentration) inside their cells than the surrounding body of water such as a lake or river.

Hypertonic Solutions

Conversely, the prefix “hyper” means more or above. During hypertonicity, the extracellular fluid contains more solute (i.e., high osmolarity) and less water than the inside of a cell. Thus, water moves out of the cell, causing animal cells to shrink. Saltwater is an example of hypertonic extracellular fluid because it has a higher osmolarity (i.e., higher salt concentration) in contrast to most intracellular fluids.

Osmoregulation

To avoid the shrinking and swelling that occurs in hypertonic and hypotonic solutions, animal cells must have strategies to maintain osmotic balance. The process by which osmotic balance is achieved is called osmoregulation. Osmoregulatory strategies can be grouped into two categories: regulating and conforming. Osmoregulators control and maintain their internal osmotic conditions independent of environmental conditions. Conversely, osmoconformers use active and passive internal processes to mimic the osmolarity of their environment.

Many animals, including humans, are osmoregulators. For instance, fish that live in saltwater, a hypertonic environment, are able to regulate water lost to the environment by taking in copious quantities of water and frequently excreting salt out. Fish that live in freshwater mitigate the constant osmosis of water into their cells by frequent urination that releases water out of the body.

Most marine invertebrates, such as lobsters and jellyfish, are osmoconformers. Osmoconformers maintain an internal solute concentration—or osmolarity—equal to that of their surroundings, and so they thrive in environments without frequent fluctuations.

La tonicité d’une solution détermine si une cellule gagne ou perd de l’eau dans cette solution. La tonicité dépend de la perméabilité de la membrane cellulaire pour différents solutés et de la concentration de solutés non pénétrants dans la solution à l’intérieur et à l’extérieur de la cellule. Si une membrane semi-perméable empêche le passage de certains solutés mais permet à l’eau de suivre son gradient de concentration, l’eau se déplace du côté avec une faible osmolarité (c.-à-d. moins de soluté) sur le côté avec une osmolarité plus élevée (c.-à-d. une concentration de soluté plus élevée). La tonicité du liquide extracellulaire détermine l’ampleur et la direction de l’osmose et entraîne trois conditions possibles : hypertonicité, hypotonicité et isotonicité.

Solutions isotoniques

En biologie, le préfixe « » signifie égal ou d’être de mesures égales. Lorsque le liquide extracellulaire et intracellulaire ont une concentration égale de soluté non-pénétrant à l’intérieur et à l’extérieur, la solution est isotonique. Les solutions isotoniques n’ont pas de mouvement net de l’eau. L’eau va toujours entrer et sortir, juste dans des proportions égales. Par conséquent, aucun changement dans le volume cellulaire ne se produit.

Solutions hypotoniques

Le préfixe « hypo » signifie inférieur ou inférieur. Chaque fois qu’il y a une faible concentration de soluté non pénétrant et une forte concentration d’eau à l’extérieur par rapport à l’intérieur, l’environnement est hypotonique. L’eau se déplacera dans la cellule, ce qui la fera gonfler. Dans les cellules animales, l’enflure provoque finalement l’éclatement et la mort des cellules. L’eau douce est un exemple d’environnement hypotonique. Les organismes d’eau douce ont tendance à avoir une osmolarité plus élevée (c.-à-d. une concentration de sel plus élevée) à l’intérieur de leurs cellules que le plan d’eau environnant comme un lac ou une rivière.

Solutions hypertoniques

Inversement, le préfixe « yper » signifie plus ou plus. Pendant l’hypertonicité, le liquide extracellulaire contient plus de soluté (c.-à-d. osmolarité élevée) et moins d’eau que l’intérieur d’une cellule. Ainsi, l’eau se déplace hors de la cellule, provoquant des cellules animales à rétrécir. L’eau salée est un exemple de liquide extracellulaire hypertonique parce qu’elle a une osmolarité plus élevée (c.-à-d. une concentration plus élevée de sel) contrairement à la plupart des fluides intracellulaires.

Osmorégulation

Pour éviter le rétrécissement et l’enflure qui se produit dans les solutions hypertoniques et hypotoniques, les cellules animales doivent avoir des stratégies pour maintenir l’équilibre osmotique. Le processus par lequel l’équilibre osmotique est atteint est appelé osmorégulation. Les stratégies osmorégulatrices peuvent être regroupées en deux catégories : la régulation et la conformité. Les osmorégulateurs contrôlent et maintiennent leurs conditions osmotiques internes indépendamment des conditions environnementales. Inversement, les osmoconformateurs utilisent des processus internes actifs et passifs pour imiter l’osmolarité de leur environnement.

Beaucoup d’animaux, y compris les humains, sont osmoregulateurs. Par exemple, les poissons qui vivent dans l’eau salée, un environnement hypertonique, sont capables de réguler l’eau perdue dans l’environnement en prenant de grandes quantités d’eau et en excrétant fréquemment du sel. Les poissons qui vivent en eau douce atténuent l’osmose constante de l’eau dans leurs cellules par des mictions fréquentes qui libèrent de l’eau hors du corps.

La plupart des invertébrés marins, comme les homards et les méduses, sont des osmoconformateurs. Les osmoconformateurs maintiennent une concentration interne de soluté , ou osmolarité , égale à celle de leur environnement, et ainsi ils prospèrent dans des environnements sans fluctuations fréquentes.


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