Cours 6 Physiques Phénomènes Moléculaires de Transport PDF

Phénomènes moléculaires de transport  Diffusion Osmose  La diffusion. Les lois du Fick La diffusion – le phénomène spontané de mélange entre les molécules de deux substances dans la même états d’agrégation, jusqu’à l’égalisation de c er tai ns p aram ètres ( c onc entrati on, d ensi té, p re...

Phénomènes moléculaires de transport  Diffusion Osmose  La diffusion. Les lois du Fick La diffusion – le phénomène spontané de mélange entre les molécules de deux substances dans la même états d’agrégation, jusqu’à l’égalisation de c er tai ns p aram ètres ( c onc entrati on, d ensi té, p re ssi o n) , d ue a u m o uv e m e nt t he rm i q ue d e molécules. La diffusion - est un phénomène de transport passif - dans le sens du gradient de concentration ou de densité ou de pression Aux gazes, la diffusion se produit conformément à la I ère loi du Fick:  m   D S  t x c m   D S  t x  c - gradients de densité, respectif de x x concentration, sur la direction x  D - coefficient de diffusion - dépends de la nature du gaz, de la température et de la pression
Dans la solution –solvant, le transport de substance se fait conformément à la II ème loi de Fick: la variation dans le temps de la concentration en chaque point est proportionnelle avec la variation dans l’espace du gradient de concentration 2 dc d c  D 2 dt dx  La diffusion par une membrane sélective La loi du Fick pour la diffusion par une membrane semi-perméable:
m = P (c1 - c2) S·t P – coefficient de perméabilité par la membrane P dépends de la nature du solvant, de la dimension et la densité des pores de la membrane. Vitesse de diffusion (ν): - est proportionnelle avec la température absolue et inversement proportionnelle avec la viscosité - est directement proportionnelle avec la surface de diffusion c v  D S x  Les membranes biologiques ont une grande perméabilité pour l’eau et certains ions et molécules, en général elle sont semi-perméables.

L’échange de gazes se fait: Au plantes par les feuilles Au animaux inférieurs par la surface du corps Au animaux évolues au niveau des alvéoles pulmonaires - le sens d’échange dépends de la pression partielle de chaque gaz du mélange.  Diffusion L’échange de gazes entre l’air alvéolaire et le sang se fait par la membrane alvéolaire humide.  Les substance toxiques existantes dans les eaux pollués, entrent dans l’organisme des animaux aquatiques par diffusion, conformément à l’équation d’empoisonnement ( Makovski):

(c - c0) t = constant c - concentration de substances toxiques c0 – concentration maximale tolérée, qui ne produit pas des symptômes d’empoisonnement t – temps d’empoisonnement  L’osmose L’osmose est le phénomène de diffusion sélective par une membrane semi-perméable Est un transport passif Est le mécanisme par lequel l’eau est transporté dans l’organisme. L’osmose La pression qui empêche l’entrée du solvant par la membrane semi-perméable est nommée la pression osmotique (). h 1 2 Osmomètre  Pression osmotique (π) est le pression qui doit être exercée sur la solution pour qu’elle soit en équilibre avec le solvant pur, qui est séparé par une membrane semi-perméable. Le flux osmotique va déterminer le monté du liquide dans le tube verticale. La condition d’équilibre est: π=ρgh L’osmose est un phénomène de transport de substance qui se réalise par un travail mécanique, nommé travail osmotique.
 cf   RT f W RT log log i ci i, f ,ci, cf pressions osmotiques, respectivement concentrations molaires initiales et finales Pour le mouvement d’un solvant en sens contraire du flux osmotique, il faut effectuer un travail contra osmotique.  Les lois de la pression osmotique La loi Van’t Hoff: la pression osmotique exercée par une solution diluée et non électrolytique est égale avec la pression exercée par la substance dissoute si à la température donnée il aurait été en état gazeuse et il aurait occupé seul le volume de la solution. V = n R T  - est la pression osmotique V – volume de la solution R – constante générale des gaz (8310 J / Kmol· K) T – température absolue de la solution n – nombre de moles On peut aussi l’écrire: n  RT V ou =cRT c – est la concentration molaire du soluté  Les lois des pressions osmotique 1. Pour le même solvate et la même température, la pression osmotique est proportionnelle avec la concentrationde c1 1 la solution:   2 c2  V  1  V  2 V2  2 V 1 1 1 2 2. Pour le même solvate et la même concentration, la pression osmotique est proportionnelle avec la température de la solution.  = 0 (1 +  t) , 0 - pressions osmotique aux températures t et respective à 00 C  - coefficient de pression de gazes t – température en 0 C. 3. Pour les solutions avec des concentrations égales (mais des solvates différents) et à la même température, la pression osmotique est inversement proportionnelle avec la masse molaire du solvate. m V  RT M m – masse du solvate M - masse molaire du solvate La pression osmotique ne dépends pas du type du solvant. L’équation du Van’t Hoff est valable seulement pour les solutions diluées et non électrolytiques. La solution qui contient un nombre de particules active de point de vue osmotique égal avec le nombre d’Avogadro, s’appelle solution osmolaire. La solution osmolaire est identique à la solution molaire si la substance dissoute est formée de molécules de petite taille et non dissociées. Si les molécules sont dissociées, on introduit une constante de correction i, et la pression osmotique serra: =icRT i = + 1  s’appelle l’indice de dissociation et il est égale à la division entre le nombre de molécules dissociées et le nombre de molécules dissolues.  En biologie on utilise le terme de tonicité. Les membranes vivantes La p ar t d e l a p re ssi o n o sm o ti q ue d ue aux m o l é c ul e s p o ur l e sq ue l l e s l a m e m b rane e st imperméable, s’appelle la tonicité. Si deux solutions de la même molarité ont la m êm e p ression osm otique, elle sont iso osmotiques. Deux solutions iso osmotiques séparées par une m e m b rane se m i - p e rm é ab l e ne so nt p as i so toniques.(d’habitude) C1 C2 C1 C2 1M 1M 1M uree fructose 2M uree fructose 1M uree 1M uree ex: Si la membrane est perméable pour fructose et imperméable pour l’urée  La pression osmotique du plasma sanguine La plasma sanguine est une solution aqueuse qui contient: - ions (i) : Na+, Ca2+, Cl-, K+, Mg2+ - molécules non dissociées (mn) : acides aminés, glucose, urée -macromolécules protéiques (p) : albumine et globuline La pression osmotique du plasma    i   mn   p  A partir des concentrations osmolaires des principaux éléments constituants du plasma, on peut calculer la concentration osmolaire totale du plasma (cos) et la pression osmotique : cos = 0,3 osmol πos = cos RT  7,6 atmosphères La plasma sanguine et le liquide interstitiel ont approximativement la même composition en se qui concerne les petites molécules non dissociées, mais ils contient différents quantités de protéines. La plasma est riche en protéines. L’endothélium capillaire est: - perméable pour: micromolécules, eau et ions - imperméable pour: macromolécules protéiques Entre les deux milieux, le gradient de concentration osmolaire existent, va pousser la solution micromoléculaire de l’espace interstitiel vers le lumen capillaire, avec une pression nommée pression colloïde-osmotique ou oncotique.  La pression osmotique (obtenue par calcul sur la base de la concentration molaire de protéines plasmatiques) est: πos = 28 mmHg La pression colloide-osmotique représente environ 0,5% de la pression osmotique totale du plasma sanguine  Au bout artériel du capillaire, la différence entre l e s p re ssi o ns m é c ani q ue s i ntra v asc ul ai re e t extravasculaire est: pa=32 mmHg, Au bout veineux la différence baisse à pv=12 mmHg La différence de pression osmotique entre le liquide vasculaire et le liquide interstitiel est constante. πos = 28 mmHg Au bout artériel: paπos L’eau avec les molécules et les ions dissolus vont passer vers l’espace interstitiel, le phénomène contraire de l’osmose, nommé ultrafiltration. Au bout veineux du capillaire: pv  πos il y à la réabsorption de l’eau et de produits de catabolisassions en capillaire, du fait de l’osmose. La classification de solutions par rapport au sang: 1. Solutions hypotoniques ont: π  πplasma concentration osmolaire. cosm  0,3 osm 2. Solutions isotoniques, ont : π = πplasma concentration osmolaire. cosm = 0,3 osm 3. Solutions hypertoniques, ont: π  πplasma concentration osmolaire. cosm  0,3 osm  Les différences de pression osmotique entre les divers liquides biologiques assurent le transport de l’eau et de substances nutritives dans les organismes vivants, sans aucun consumation d’énergie métabolique. L’ingestion des substances nutritives dans le cas de certains vers parasites se fait par osmose par la totalité de la surface du corps. Les membranes de cellules vivantes sont totalement perméables pour l’eau et partialement perméables pour d’autres substance dissolus en l’eau. La conservation de cellules animales et végétales se fait normalement dans des solutions Solution isotonique Solution hypotonique Solution hypertonique Une solution est hypotonique par rapport à la cytoplasme-endosmose-turgescence; dans le cas d’hématies, la turgescence peut déterminer leur hémolyse et leur cytolyse. La solution est hypertonique par rapport à la cytoplasme-exosmose, la cellule se ratatine – phénomène de plasmolyse Les organismes inferieurs sont poikilo-osmotiques. Les organismes évolués sont homéo-osmotiques (le milieu interne a une pression osmotique constante)  Les solutions isotoniques avec le sérum physiologique, pour ne pas déranger l’équilibre osmotique. (solution de NaCl 0,9%- sérum physiologique, solution de glucose 0,47 %). Les liquides biologiques ont des pressions osmotiques constantes Les variations de la pression osmotique – les états pathologiques de divers organes ou de divers mécanismes de régulation de la pression osmotique.