le osmose est un flux dirigé de particules moléculaires à travers une membrane semi-perméable. En biologie, il est d'une importance capitale pour la régulation de l'équilibre hydrique dans les cellules.
Qu'est-ce que l'osmose?
Osmose signifie «pénétration» en grec. Il est décrit comme le passage spontané de solvants tels que l'eau à travers une membrane sélectivement perméable. La membrane n'est perméable qu'au solvant, mais pas aux substances dissoutes. La diffusion sélective d'un seul composant se traduit par un équilibre du potentiel chimique des deux côtés de la membrane.
L'osmose se trouve souvent dans la nature. Dans les membranes biologiques en particulier, un échange sélectif de substances est nécessaire pour que des processus de transport biologique puissent avoir lieu. Cependant, des processus de transport actifs et consommateurs d'énergie garantissent également que la pression osmotique apparaissant passivement n'a pas d'effet destructeur sur la cellule.
Bien qu'aucune inversion ne soit possible avec les processus de diffusion normaux, l'osmose est un processus réversible.
Fonction et tâche
En osmose, les molécules d'une solution ou d'un solvant pur diffusent sélectivement à travers une membrane jusqu'à ce que le potentiel chimique soit équilibré des deux côtés de cette membrane. Par exemple, une solution concentrée de l'autre côté est diluée par le solvant jusqu'à ce que la pression hydrostatique accumulée empêche une diffusion supplémentaire.
Les molécules peuvent migrer à travers la membrane, quel que soit leur côté. Cependant, ils sont toujours plus susceptibles de se diffuser dans le sens de la plus grande différence de potentiel.
Lorsque le potentiel chimique est équilibré, le même nombre de particules migre de gauche à droite que de droite à gauche. Donc, à l'extérieur, rien ne change plus. Cependant, en raison de la dilution souhaitée de la solution concentrée, une plus grande quantité de liquide s'est accumulée d'une part, ce qui a accumulé une pression élevée (la pression osmotique). Si la membrane ne peut plus résister à la pression, la cellule peut être détruite.
Les processus de transport actif à travers la membrane garantissent que certaines substances sont éliminées avec l'utilisation d'énergie. Un exemple frappant de processus osmotique est le gonflement des cerises mûres lorsque de l'eau leur est ajoutée. L'eau pénètre à travers la peau externe du fruit, tandis que le sucre ne peut pas s'échapper. Le processus de dilution dans le fruit se poursuit jusqu'à ce qu'il éclate.
Dans le corps, la combinaison de processus de transport osmotiques et actifs et énergivores garantit le bon déroulement des processus biochimiques dans des espaces séparés par des biomembranes. Des cellules peuvent exister qui se séparent de l'environnement extérieur, mais sont en échange constant de substances avec lui.
Les organites sont également présents dans la cellule où des réactions séparées peuvent avoir lieu. Pour empêcher la pression osmotique d'augmenter à un point tel que la biomembrane se rompt, les molécules sont expulsées par des processus de transport actifs.
Dans les cellules de mammifères, lorsque la pression osmotique augmente, la protéine NFAT5 est produite à un degré accru. Il fournit un certain nombre de contre-mécanismes pour protéger la cellule du stress hypertonique (surpression). Dans le processus, des protéines de transport sont produites, qui utilisent de l'énergie pour canaliser certaines substances hors de la cellule. Entre autres, des substances urinaires telles que le glucose et un excès d'électrolytes sont excrétées par les reins afin de réguler la pression osmotique dans le corps.
Maladies et affections
L'osmose joue également un rôle important dans la régulation de l'équilibre électrolytique. Les électrolytes sont des sels dissous et sont constitués d'ions métalliques chargés positivement tels que les ions sodium, potassium, magnésium ou calcium et d'anions chargés négativement tels que les anions chlorure, bicarbonate ou phosphate.
Ils sont présents à différentes concentrations à la fois dans la cellule (intracellulaire), à l'extérieur des cellules (interstitielle) ou dans la circulation sanguine (intravasculaire). Les différences de concentration génèrent la tension électrique sur les membranes cellulaires et déclenchent ainsi une multitude de processus au niveau cellulaire. Si les différences de concentration sont perturbées, tout l'équilibre électrolytique est également mélangé.
Les reins régulent cet équilibre électrolytique par divers mécanismes tels que les mécanismes de la soif, les processus hormonaux ou les peptides qui agissent sur les reins. En cas de diarrhée sévère, de vomissements, de perte de sang ou d'insuffisance rénale, l'équilibre hydrique et électrolytique peut être perturbé. Chaque électrolyte peut survenir à des concentrations trop élevées ou trop faibles.
Les perturbations de l'équilibre hydrique et électrolytique mettent parfois la vie en danger, selon leur gravité. Des exemples de telles conditions comprennent la déshydratation, l'hyperhydratation, l'hyper- et l'hypovolémie (le volume sanguin est augmenté ou diminué), l'hypo- et l'hypernatrémie, l'hypo- et l'hyperkaliémie ou encore l'hypo- et l'hypercalcémie.
Chacune de ces conditions nécessite un traitement intensif. En règle générale, l'équilibre de l'eau et de l'électrolyte se rééquilibre rapidement. Cependant, si le mécanisme de régulation entre les processus de transport actifs et les processus osmotiques est perturbé par une insuffisance rénale ou une autre maladie, des troubles électrolytiques chroniques peuvent en résulter. En conséquence, un œdème, des maladies cardiovasculaires, un œdème cérébral, des états de confusion ou des convulsions surviennent.
Les relations entre l'équilibre hydrique et électrolytique et les processus biologiques dans le corps sont si complexes que des symptômes similaires sont souvent observés pour toutes les formes de troubles électrolytiques. La détermination de l'équilibre électrolytique doit faire partie des examens standard si ces symptômes sont chroniques.
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