Homéostasie

L'homéostasie 稳态 signifie maintenir les conditions internes du corps stables, même lorsque l'environnement extérieur change. Garder des éléments comme la température, l'eau et le glucose sanguin stables permet aux enzymes et aux cellules de fonctionner correctement en permanence.

Les principes de l'homéostasie

La plupart de l'homéostasie suit le même plan:

• un changement (un stimulus 刺激 interne ou externe) est détecté par un récepteur 受体.
• un système de coordination transporte le message — soit le système nerveux 神经系统 (via des signaux nerveux) soit le système endocrinien 内分泌系统 (via des hormones 激素).
• non effecteur 效应器 (un muscle ou une glande 腺é) produit une réponse qui corrige le changement.

Cela fonctionne par feedback négatif 负反馈: un écart par rapport au niveau normal déclenche une réponse qui le ramène vers la normale.

Le corps ne peut pas stocker d'excès d'acides aminés. Dans le foie 肝脏, le processus de déamination 脱氨基作用 retire le groupe amino des acides aminés 氨基酸 excédentaires, et celui-ci est converti en urée 尿素. L'urée est transportée par le sang vers les reins pour être éliminée.

Le rein 肾脏 purifie le sang et contrôle sa teneur en eau. Ses parties sont:

• une capsule fibreuse externe,
• une région externe, le cortex 皮质,
• une région interne, la moelle 髓质,
• une cavité centrale, le pelvis rénal 肾盂, qui collecte l'urine,
• le uretère 输尿管, qui transporte l'urine vers la vessie,
• des branches de l'artère rénale (amenant le sang) et de la veine rénale (emportant le sang).

Le néphron

Chaque rein contient environ un million de petits tubes appelés néphrons 肾单位. Le long d'un néphron se trouvent: le glomérule 肾小球 (un amas de capillaires), la capsule de Bowman 鲍曼囊 qui l'entoure, le tubule contourné proximal 近曲小管, la boucle de Henlé 亨利环, le tubule contourné distal 远曲小管, et le canal collecteur 集合管.

Formation de l'urine

1. Ultrafiltration 超滤 se produit dans la capsule de Bowman. Le sang dans le glomérule est sous haute pression, donc l'eau et les petites molécules (glucose 葡萄糖, ions 离子, urée) sont poussées hors dans la capsule, formant le filtrat 滤液. Les globules sanguins et les grosses protéines sont trop grands pour passer, donc ils restent dans le sang.
2. Réabsorption sélective 选择性重吸收 se produit dans le tubule contourné proximal. Les substances utiles sont reprises dans le sang. Tout le glucose et une grande partie de l'eau et des ions sont réabsorbés ici. La paroi du tubule est bien adaptée à cela: ses cellules ont des microvillosités 微绒毛 pour offrir une grande surface, et de nombreux mitochondries 线粒体 pour alimenter le transport actif 主动运输.

Osmorégulation 渗透调节 contrôle la teneur en eau du sang. Elle est régulée par le cerveau :

• l'hypothalamus 下丘脑 détecte le potentiel hydrique 水势 du sang.
• lorsque le sang est trop concentré, la glande pituitaire 垂体 libère l'hormone antidiurétique 抗利尿激素 (ADH).
• l'ADH rend les canaux collecteurs plus perméables à l'eau en insérant des canaux aquatiques appelés aquaporines 水通道蛋白.
• davantage d'eau est alors réabsorbée dans le sang, ce qui produit moins d'urine, mais plus concentrée. Il s'agit d'une rétroaction négative.

Lorsque la glycémie baisse, l'hormone glucagon 胰高血糖素 est libérée. Cela illustre comment une hormone transmet son message à l'intérieur d'une cellule — la signalisation cellulaire 细胞信号传递 :

1. Le glucagon se lie à un récepteur à la surface de la cellule hépatique, provoquant un changement conformationnel 构象变化 (un changement de forme du récepteur).
2. Cela active une protéine G G蛋白, qui active l'enzyme adénylate cyclase 腺苷酸环化酶.
3. L'adénylate cyclase produit un second messager 第二信使 à l'intérieur de la cellule, appelé AMP cyclique 环腺苷酸 (cAMP).
4. Le cAMP active la protéine kinase A 蛋白激酶A, qui initie une cascade enzymatique 酶级联反应 — une enzyme 酶 active la suivante par phosphorylation 磷酸化.
5. Puisqu'une enzyme active plusieurs enzymes suivantes, le signal est considérablement amplifié 放大.
6. L'enzyme finale dégrade le glycogène 糖原 en glucose, ce qui augmente le taux de glycémie.

Rétroaction négative et glycémie

La glycémie est maintenue stable grâce à deux hormones agissant en opposition :

• lorsque le glucose est élevé, l'insuline 胰岛素 favorise la prise de glucose par les cellules musculaires et hépatiques et sa stockage sous forme de glycogène, abaissant ainsi le taux.
• lorsque le glucose est bas, le glucagon stimule la dégradation du glycogène hépatique en glucose, augmentant ainsi le taux.

Mesure du glucose

Les bandes test 试纸 et les biosenseurs 生物传感器 mesurent le glucose dans le sang ou les urines. Ils utilisent les enzymes glucose oxydase 葡萄糖氧化酶 et peroxydase 过氧化物酶, qui réagissent avec le glucose pour produire un changement de couleur (ou un signal électrique dans un biosenseur) indiquant la quantité de glucose présente.

Exemple résolu. Une personne boit un grand volume d'eau. Suivez la réponse homéostatique. Le potentiel hydrique du sang augmente (devient moins négatif). Les osmorécepteurs de l'hypothalamus détectent cela, donc l'hypophyse postérieure libère moins d'ADH. Avec moins d'ADH, moins d'aquaporines sont insérées dans les membranes des canaux collecteurs, rendant le canal moins perméable à l'eau. Moins d'eau est réabsorbée, produisant ainsi un grand volume d'urine diluée, et le potentiel hydrique du sang retombe vers la normale. Ce retour au point consigne constitue la rétroaction négative - la réponse inverse le changement initial. Nommez le récepteur, l'hormone, l'effecteur et la correction : une réponse passant directement de « boit de l'eau » à « plus d'urine » omet tous les points de notation intermédiaires.

Les stomates 气孔 sont des pores situés sur une feuille. La plante les ouvre et les ferme pour équilibrer deux besoins : faire entrer le dioxyde de carbone 二氧化碳 pour la photosynthèse 光合作用, et limiter la perte d'eau par transpiration 蒸腾作用. Les stomates s'ouvrent généralement le jour et se ferment la nuit, suivant un rythme journalier.

Chaque stoma est ouvert et fermé par deux cellules guardiennes 保卫细胞 qui l'entourent :

• pour s'ouvrir : les cellules guardiennes pompent des ions, leur potentiel hydrique baisse et l'eau entre par osmose 渗透. Elles gonflent et s'écartent, ouvrant le pore.
• pour se fermer : les ions sortent, l'eau suit, les cellules guardiennes s'affaissent, et le pore se ferme.

Lorsque la plante manque d'eau (stress hydrique 水分胁迫), l'hormone acide abscissique 脱落酸 est libérée. Elle provoque la perte d'ions et d'eau par les cellules guardiennes, fermant ainsi les stomates pour économiser l'eau. Dans cette signalisation, les ions calcium 钙离子 agissent comme un second messager à l'intérieur des cellules guardiennes.

• Formulez toujours votre réponse sous forme de rétroaction négative : récepteur → coordonnateur → effecteur → correction ; nommez chaque partie.
• Glycémie : l'insuline l'abaisse (uptake, glycogenèse), le glucagon l'élève (glycogénolyse) — expliquez via la signalisation cellulaire.
• Rein : maîtrisez l'ultrafiltration (capsule de Bowman), la réabsorption sélective (tubule proximal) et le rôle de l'ADH dans l'osmorégulation.
• Les stomates s'ouvrent lorsque les cellules guardiennes deviennent turgides (entrée de K+, l'eau suit).