Mouvements d'entrée et de sortie des cellules

La diffusion 扩散 est le mouvement net 净移动 de particules 粒子 d'une zone de haute concentration 浓度 vers une zone de faible concentration. On dit que les particules se déplacent selon un gradient de concentration 浓度梯度.

Les particules se dispersent en raison de leur propre mouvement aléatoire 随机运动. L'énergie 能量 pour la diffusion provient de l'énergie cinétique 动能 du mouvement aléatoire des molécules 分子 et des ions 离子 — la diffusion ne nécessite donc aucune énergie supplémentaire.

Certaines substances traversent la membrane cellulaire par diffusion.

Pourquoi la diffusion est importante. De nombreux gaz 气体 et substances dissoutes (solutes 溶质) se déplacent par diffusion chez les êtres vivants. Par exemple, l'oxygène 氧气 diffuse dans les cellules pour la respiration, et le dioxyde de carbone 二氧化碳 diffuse hors des cellules.

Le taux de diffusion varie selon quatre facteurs :

L'eau comme solvant

L'eau est un excellent solvant 溶剂 — de nombreuses substances y se dissolvent 溶解 pour former une solution 溶液. Cela est crucial pour la digestion 消化 (les aliments doivent se dissoudre avant d'être utilisés), l'excrétion 排泄 (les déchets sont évacués dissous dans l'eau) et le transport 运输 (les substances circulent dans le corps dissoutes dans le sang et la sève).

Qu'est-ce que l'osmose

L'osmose 渗透 est une forme spéciale de diffusion : le mouvement net de l'eau à travers une membrane semi-perméable 半透膜. Ce type de membrane possède de minuscules pores laissant passer les petites molécules d'eau mais retenant les grosses particules de solutés. L'eau traverse la membrane cellulaire par osmose.

Une solution concentrée contient beaucoup de soluté dissous et peu d'eau. Une solution dilué contient peu de soluté et beaucoup d'eau.

(Complément) L'osmose est le mouvement net de molécules d'eau d'une région de potentiel hydrique élevé 水势 (solution dilué — plus d'eau) vers une région de potentiel hydrique bas (solution concentrée — moins d'eau), à travers une membrane semi-perméable.

Osmose et cellules végétales

Lorsqu'on place des tissus végétaux dans différentes solutions, l'eau traverse par osmose :

• Dans de l'eau pure ou une solution dilué, l'eau entre dans les cellules. Elles gonflent et deviennent fermes, ou turgescences 膨胀. L'eau pousse vers l'extérieur sur la paroi cellulaire ; cette poussée externe est la pression de turgescence 膨压. Les cellules turgescences maintiennent la plante droite — c'est comment les plantes sont supportées.
• Dans une solution concentrée, l'eau sort hors des cellules. Elles perdent leur fermeté et deviennent molles, ou flaccides 松软.
• (Complément) Si encore plus d'eau sort, la membrane cellulaire se détache de la paroi. C'est la plasmolyse 质壁分离.

Vous pouvez étudier l'osmose à l'aide de tubes à dialyse 透析管 (une membrane artificielle partiellement perméable), ou à l'aide de cylindres coupés dans une pomme de terre. Mesurez leur longueur ou leur masse avant et après trempage. Les cylindres dans l'eau pure ou une solution diluée gagnent en longueur et en masse ; les cylindres dans une solution concentrée perdent en longueur et en masse ; dans une solution de concentration égale, il n'y a aucun changement.

Exemple résolu. Un cylindre de pomme de terre a une masse de 5.0 g avant trempage et de 5.6 g après trempage dans une solution diluée. Calculez le pourcentage de changement de masse.

• variation de masse = 5.6 - 5.0 = 0.6 g (une augmentation).
• pourcentage de changement = variation ÷ masse initiale × 100 = 0.6 ÷ 5.0 × 100 = +12 %.

Une réponse positive signifie que le cylindre a gagné de l'eau, donc la solution était plus diluée que le contenu cellulaire. Calculez toujours la variation en pourcentage, et non seulement le changement en grammes — cela vous permet de comparer équitablement des cylindres qui avaient des masses initiales différentes.

Transport actif 主动运输 est le mouvement de particules à travers une membrane cellulaire d'une région de concentration plus faible vers une région de concentration plus élevée — c'est-à-dire contre le gradient de concentration. Comme ce mouvement se fait « en montée », il nécessite de l'énergie provenant de la respiration 呼吸作用.

(Supplément) Le transport actif permet à une cellule d'absorber des molécules ou des ions utiles même lorsqu'ils sont déjà plus concentrés à l'intérieur de la cellule. Par exemple, les poils absorbants 根毛 absorbent les ions minéraux du sol par transport actif. Les protéines porteuses 载体蛋白 dans la membrane captent les molécules ou les ions et les transportent à travers, en utilisant de l'énergie.

• Écrivez toujours le mouvement net : les particules se déplacent dans les deux sens, mais le flux global suit le gradient (pour la diffusion et l'osmose).
• L'osmose déplace l'eau uniquement, et uniquement à travers une membrane partiellement perméable. La diffusion peut déplacer de nombreux types de particules.
• Seul le transport actif utilise de l'énergie de la respiration, et seul il va contre le gradient.
• Pour l'expérience avec la pomme de terre ou la plante : eau entrante → turgescence, plus long et plus lourd ; eau sortante → flaccidité, plus court et plus léger ; concentration égale → pas de changement.
• Une surface plus grande, une température plus élevée, un gradient de concentration plus prononcé et une distance plus courte rendent la diffusion plus rapide.