TP 1 - Les Phénomènes Biophysiques PDF

Les phénomènes biophysiques dans l’organisme animal      La dissociation électrolytique La diffusion L’osmose La tension superficielle L’adsorbtion I. LA DISSOCIATION ÉLECTROLYTIQUE II. LA DIFFUSION III. L’OSMOSE IV. LA TENSION SUPERFICIELLE V. L’ADSORPTION I. LA DISSOCIATION ÉLECTROLY...

Les phénomènes biophysiques dans l’organisme animal      La dissociation électrolytique La diffusion L’osmose La tension superficielle L’adsorbtion I. LA DISSOCIATION ÉLECTROLYTIQUE II. LA DIFFUSION III. L’OSMOSE IV. LA TENSION SUPERFICIELLE V. L’ADSORPTION I. LA DISSOCIATION ÉLECTROLYTIQUE Définition: La dissociation électrolytique = le phénomène de séparation des ions d’une substance par dissolution dans l’eau. Les substances constituées d’ions sont appelées ÉLECTROLYTES. L’importance de la dissociation électrolytique dans l’organisme Dans les fluides corporels, des quantités appréciables d'ions proviennent de la dissociation des sels ingérés avec les aliments, principalement le CHLORURE DE SODIUM. Ces ions sont impliqués dans de divers procédés physiologiques, tels que: - réaliser le potentiel membranaire des cellules; - la transmission de l'influx nerveux, etc. LA DISSOCIATION DU CHLORURE DE SODIUM NÉCESSAIRE: un verre de montre; des électrodes; une source de courant continu (2-3V); une solution de chlorure de sodium 3-5%; une solution de phénolphtaléine 1%. Dans le verre de montre, vous ajoutez 5 ml de solution de chlorure de sodium. Sur le solution de chlorure de sodium, vous ajoutez 1-2 gouttes de solution de phénolphtaléine (un indicateur qui change la couleur en roseviolet dans le milieu alcalin) On fait ensuite circuler dans la solution, le courant électrique emporté avec la batterie à travers les deux électrodes insérées dans la solution. Dans l'autour de la cathode, il apparaîtra une couleur rose. La dissociation d’eau L’explication: LA CATHODE (-) • Na+ migre vers l'électrode négative (cathode) dans le champ électrique créé, il se combine avec OH- formé par dissociation de l'eau et ensemble, ils forment NaOH fortement alcalin. Na+ + OHNaOH • En milieu alcalin, la phénolphtaléine est rose. L’explication: • À l'anode, HCl est formé par la combinaison de Cl- avec le H+, résultant L’ANODE (+) de la dissociation de l'eau. • Si les électrodes sont retirées de la solution et la solution est homogénéisée, la coloration rose disparaît: l'acide chlorhydrique se combine avec l’hydroxyde de sodium et le milieu est reneutralisé. I. LA DISSOCIATION ÉLECTROLYTIQUE II. LA DIFFUSION III. L’OSMOSE IV. LA TENSION SUPERFICIELLE V. L’ADSORPTION II. LA DIFFUSION Définition: LA DIFFUSION = le phénomène de diffusion passive des molécules d'une substance entre les molécules d'une autre substance. La diffusion s'effectue à partir de milieu à plus forte concentration vers le milieu à plus faible concentration de la substance diffusante, dans la direction du gradient de concentration. L’importance de la diffusion dans l’organisme La diffusion est l'un des mécanismes essentiels par lesquels s'effectue les échanges mutuels de substance entre l'organisme et l'environnement. - transfert alvéolo-capillaire et capillaire-tissulaire des gaz respiratoires. LE TAUX DE DIFFUSION dépend de plusieurs facteurs:  Température;  Concentration de la substance;  La densité des molécules dans les deux milieux. La démonstration du phénomène de la diffusion de permanganate de potassium dans l'eau et l'influence de la température sur le taux de diffusion NÉCESSAIRE: deux éprouvettes; eau distillée; cristaux de permanganate de potassium; Procédure Vous ajoutez 5 ml d'eau distillée dans les deux éprouvettes. L’une des éprouvettes est chauffé à 70-80oC. KMnO4 Un cristal de permanganate de potassium est introduit facilement dans les deux éprouvettes, sans agiter les éprouvettes! Les éprouvettes sont laissées dans le support au repos. L’explication: Il est observe que le permanganate de potassium se dissout et ses molécules diffusent progressivement dans la masse du liquide (qu'il colore). Dans l’éprouvette avec l'eau chaude, la diffusion se produit beaucoup plus rapidement que dans l’éprouvette avec l'eau froide. I. LA DISSOCIATION ÉLECTROLYTIQUE II. LA DIFFUSION III. L’OSMOSE IV. LA TENSION SUPERFICIELLE V. L’ADSORPTION III. L’OSMOSE Définition: L’OSMOSE = le procès de diffusion des molécules de solvant Le sens de passage des molécules de solvant est à partir de milieu le plus dilué vers le milieu le plus concentré. La force avec laquelle les molécules de solvant sont attirées à partir du milieu le plus dilué vers le milieu le plus concentré est appelée PRESSION OSMOTIQUE. Quand le phénomène d'osmose est réalisé à travers le mur de différentes membranes, les effets biophysiques et biologiques de l'osmose varient en fonction des propriétés de perméabilité des membranes respectives. En fonction de la perméabilité, les membranes sont classées en: Membranes perméables  Elles permettent le passage des molécules de solvant et de soluté.  Le sens de transfert est à partir de dilué à concentré pour le SOLVANT et à partir de  concentré à dilué pour le soluté. Membranes semiperméables  Elles permettent le passage des molécules de solvant, s'opposant au passage des molécules de SOLUTÉ. Membranes sélectives  Elles permettent le passage des certaines substances.  Le sens du passage diffère selon la substance respective.  Un cas particulier de membrane est la membrane cellulaire.  La membrane cellulaire possède les propriétés de perméabilité libre pour certaines substances (gaz respiratoires, par exemple) et les propriétés de semi-perméabilité et la sélectivité. Elles permettent le passage des molécules de solvant et s'opposent au passage des molécules de SOLUTÉ. Transport ACTIF Le transport transmembranaire actif est assuré par des pompes ioniques. Un exemple de transport transmembranaire actif est celui effectué par l'entérocyte dans le processus d'absorption de certains nutriments, tels que le glucose et les acides aminés. De plus, la membrane cellulaire est biologiquement active: elle effectue le transport de certaines substances à travers des MÉCANISMES ACTIFS, avec consommation d'énergie. De cette manière, les membranes biologiques transportent les substances contre le gradient de concentration, en réalisant leur concentration sur une face de la membrane. Transport PASSIF La démonstration de la propriété de semi-perméabilité de la membrane érythrocytaire NÉCESSAIRE: lames et lamelles de microscope; sang prélevé sous anticoagulant; pipettes Pasteur; baguette en verre; microscope; solution de NaCl 9‰; solution de NaCl 30‰; solution de NaCl 3‰. Procédure Sur une lame de microscope est déposée une goutte de sang. Vous ajoutez deux gouttes de solution de NaCl 9‰. Vous mélangez avec une baguette en verre et après vous étalez en une fine pellicule uniforme sur la lame. Vous appliquez une lamelle et vous examinez au microscope avec les objectifs 10 et 20. Vous faites de même pour la solution de NaCl 3‰ et la solution de NaCl 30‰. Sang + NaCl 3‰ Sang + NaCl 9‰ Sang + NaCl 30‰ LES RÉSULTATS Suspension d'érythrocytes dans la solution de NaCl 9‰ Les érythrocytes conservent leur forme et leur taille normales, parce que le volume d'eau entre dans les globules rouges est ÉGAL au volume d'eau quitte les globules rouges. Cela est dû au fait que la pression osmotique développée par la solution de NaCl 9‰ est ÉGALE à la pression osmotique générée par le plasma sanguin. Puisque la solution de NaCl 9‰ développe une pression osmotique égale à celle développée par le plasma sanguin, on l'appelle une SOLUTION ISOTONIQUE. Suspension d'érythrocytes dans la solution de NaCl 3‰ Les érythrocytes sont devenus turgescents (gonflées), en raison de la pénétration de l'eau à travers la membrane cellulaire principalement de l'extérieur vers l'intérieur, selon les lois de l'osmose. Une partie des globules rouges se cassent, en laissant l'hémoglobine dans la solution. Le phénomène s'appelle l'HÉMOLYSE (= la destruction des globules rouges présents dans le sang). Ceci est dû au fait que la pression osmotique développée par la solution de NaCl 3‰ est inférieure à la pression osmotique générée par le plasma sanguin. Puisque les solutions de NaCl avec une concentration inférieure à 9 ‰ développent une pression osmotique inférieure à celle développée par le plasma sanguin, elles sont appelées solutions HYPOTONIQUES. Suspension d'érythrocytes dans la solution de NaCl à 30 ‰ Les érythrocytes ont diminué de volume et rétréci, en raison de la perte d'eau. Le phénomène s'appelle RATATINATION ( aspect de raisins secs). Cela est dû au fait que la pression osmotique développée par la solution de NaCl à 30‰ est supérieure à la pression osmotique générée par le plasma sanguin Puisque les solutions de NaCl avec des concentrations supérieures à 9‰ développent une pression osmotique supérieure à celles développées par le plasma sanguin, elles sont appelées solutions HYPERTONIQUES. Normal LES CONCLUSIONS ET L’IMPORTANCE • • • Toutes les solutions qui développent une pression osmotique inférieure à celle du plasma sanguin sont appelées solutions hypotoniques. Toutes les solutions qui développent une pression osmotique supérieure à celle du plasma sanguin sont appelées solutions hypertoniques. L'expérience démontre le fait que la solution de NaCl 9‰ (0,9%) peut être injectée par voie intraveineuse, sans risque de produire l’hémolyse, étant considérée comme physiologique - sérum physiologique. I. LA DISSOCIATION ÉLECTROLYTIQUE II. LA DIFFUSION III. L’OSMOSE IV. LA TENSION SUPERFICIELLE V. L’ADSORPTION IV. LA TENSION SUPERFICIELLE Définition: La tension superficielle (TS) = est la force qui agit tangente à la surface libre d'un liquide, tendant à réduire sa surface. Les modifications de la tension superficielle des fluides biologiques peuvent être obtenues par certaines substances tensioactives, par exemple les sels biliaires, le savon, les détergents. La démonstration d’effet tensioactif de la bile sur l’huile végétale NÉCESSAIRE: deux éprouvettes; l’eau distillée; l’huile végétale; bile. Dans les deux éprouvettes sont introduits environ de 5 ml d'eau distillée et 3-4 gouttes d'huile végétale Pendant l'agitation, on obtient une émulsion instable, parce que au repos, les gouttes d'huile se regroupent rapidement, en formant encore la phase non miscible avec l'eau. Vous ajoutez 3-4 gouttes de bile, vous mélangez encore et vous obtenez une émulsion stable. L’explication: Les sels biliaires ont réduit la force de cohésion moléculaire et les gouttes d'huile restent en suspension. L’importance Le phénomène est important pendant la digestion intestinale des lipides. Sous l'action superficielle de la bile, les lipides sont dispersés en très fines gouttes, en conférant ainsi aux enzymes lipolytiques une grande surface d'attaque hydrolytique. La preuve Hay NÉCESSAIRE: urine; bile; fleur de soufre. Sur l'un des échantillons d'urine, vous ajoutez une pointe de fleur de soufre. Dans le deuxième échantillon d'urine, vous ajoutez quelques gouttes de bile et puis vous saupoudrez de la fleur de soufre. L’urine + fleur de soufre + bile LE RÉSULTAT Vs. On observe que dans le premier bécher Berzelius (urine + fleur de soufre), la poudre flotte à la surface du liquide. Dans le deuxième verre, dans lequel vous ajoutez en avance la bile (urine + bile + fleur de soufre), la fleur ne flotte plus à la surface du liquide, mais se disperse dans sa masse et se dépose sous forme de sédiment au fond du bécher. L’explication: Si la fleur de soufre tombe au fond du récipient, le test est positif: l'urine contient sels biliaires. En l'absence de sels biliaires, la fleur de soufre flotte même si le liquide est mélangé. L’importance En cas d'insuffisance hépatique, les sels biliaires quittent le circuit hépato-entéro-hépatique, elles passent dans la circulation systémique et elles sont éliminés par l’urine. Un test simple utilisé en clinique pour identifier les sels biliaires dans l'urine est le test de Hay, basé sur la propriété des sels biliaires de diminuer la tension superficielle de l'urine. I. LA DISSOCIATION ÉLECTROLYTIQUE II. LA DIFFUSION III. L’OSMOSE IV. LA TENSION SUPERFICIELLE V. L’ADSORPTION V. L’ADSORTION Définition: L'adsorption est le phénomène de rétention des molécules d'une substance à la surface d'une autre substance. Selon la nature des forces participant à la réalisation du phénomène, l'adsorption est de deux types: l’adsorption physique - dans laquelle les forces d'attraction de Van der Waals jouent un rôle important (ex: l’adsorption de particules de colorant sur un support poreux); l’adsorption chimique - dans laquelle les ions d'une solution sont attirés par les groupes polaires de différentes substances. L’ADSORPTION VS. L’ABSORPTION La démonstration de l'adsorption des molécules de bleu de méthylène sur le charbon végétale NÉCESSAIRE: 4 éprouvettes et 2 entonnoirs; papier-filtre; charbon végétal; solution de bleu de méthylène; eau distillée. Charbon végétale Dans une éprouvette sont introduits 2 ml de solution de bleu de méthylène, 2 ml d’eau distillée et 2 pointes de spatule de poudre de charbon végétale. . Vous mélangez et puis vous filtrez dans une autre éprouvette. Dans une autre éprouvette sont introduits 2 ml de solution de bleu de méthylène et 2 ml d’eau distillée et puis le contenu est filtré. Filtrer la sol. bleu de méthylène +charbon Filtrer la sol. de bleu de méthylène  Dans le premier éprouvette, le filtrat obtenu sera incolore, parce que le colorant a été adsorbé à la surface des particules de charbon.  Dans l'éprouvette avec seulement le bleu de méthylène, le filtrat obtenu garde la couleur bleu de la solution, parce qu’en l'absence de charbon végétale, le bleu de méthylène n'a pas été adsorbé. L’importance d’adsorption dans l’organisme  Dans l'organisme animal, le phénomène d'adsorption intervient dans les mécanismes, tels que: - la fixation des anticorps sur les antigènes; - la fixation de toxines sur certaines structures (charbon végétale); - la fixation des certaines enzymes sur leur substrat spécifique etc.