OPO :
• Identifier au microscope ou sur des électronographies, les différents états des cellules animale et végétale placées dans des solutions de concentrations différentes.
• Interpréter les résultats des expériences de DUTROCHET et PFEIFFER

Introduction

La cellule, en tant qu'unité physiologique et anatomique de tout organisme vivant, interagit en permanence avec les cellules voisines ainsi qu'avec son environnement. Chez les animaux, le sang et la lymphe forment ce milieu environnant, tandis que chez les végétaux, c'est la sève qui en assure cette fonction.

I. Cas des cellules Animales

La cellule animale, comme toute cellule vivante, est en interaction constante avec son environnement par des échanges de matière, d’énergie et d’information. L'un des processus les plus importants est l'échange d'eau par osmose.

I.1 Activité : action de NaCl sur les globules rouges.

À la température corporelle (37 °C), une solution dite physiologique, telle qu'une solution de NaCl à 8,7 g/L, possède les mêmes propriétés osmotiques que le plasma sanguin humain. Elle est donc utilisée pour les injections intraveineuses chez l'homme.
1. Décrivez le comportement des globules rouges dans diverses solutions et expliquez ces comportements.
2. Expliquez pourquoi, contrairement aux cellules végétales, les cellules animales éclatent après une turgescence excessive.
3. Définissez les termes suivants : turgescence, plasmolyse, hémolyse.

I.2 Notion construite

L'osmose est un processus essentiel qui régule l'équilibre des fluides dans les cellules et leur environnement.

À température corporelle (37 °C), une solution physiologique, telle qu'une solution de NaCl à 8,7 g/L, possède des propriétés osmotiques similaires à celles du plasma sanguin humain, ce qui en fait un choix idéal pour les injections intraveineuses.
Les globules rouges, ou hématies, présentent des comportements distincts en fonction de la concentration de la solution dans laquelle ils se trouvent.
En milieu isotonique, les hématies conservent leur forme normale, tandis qu'en milieu hypotonique, elles absorbent trop d'eau, ce qui peut provoquer leur éclatement (hémolyse).
À l'inverse, en milieu hypertonique, l'eau sort des cellules, entraînant leur rétrécissement (crénation). Contrairement aux cellules végétales, qui disposent d'une paroi cellulaire rigide leur permettant de résister à une turgescence excessive, les cellules animales n'ont pas cette protection, ce qui les rend vulnérables à l'éclatement. Ainsi, la compréhension des concepts de turgescence, plasmolyse et hémolyse est cruciale pour appréhender les implications cliniques des traitements intraveineux et le comportement des cellules dans divers milieux.

Les lois de l’osmose décrivent le mouvement de l’eau à travers une membrane semi-perméable en réponse à des différences de concentration de solutés.
Voici les principales lois :
• Loi de diffusion passive :
L'eau se déplace d'une zone de faible concentration en solutés (milieu hypotonique) vers une zone de forte concentration en solutés à travers une membrane semi-perméable, sans nécessité d'énergie.
• Pression osmotique :
La pression osmotique d'une solution est proportionnelle à la concentration des solutés ; plus la concentration est élevée, plus la pression osmotique est forte.
• Équilibre osmotique :
L'osmose continue jusqu'à ce que les concentrations de solutés de chaque côté de la membrane soient équilibrées, ou jusqu'à ce qu'une pression osmotique empêche tout mouvement net de l'eau.

Turgescence : État de gonflement des cellules par absorption d'eau.
Plasmolyse : Détachement de la membrane plasmique de la paroi cellulaire en milieu hypertonique.
Hémolyse : Éclatement des globules rouges en milieu hypotonique.

L'osmose et la dialyse sont deux processus liés aux échanges à travers une membrane semi-perméable, mais ils diffèrent par les types de substances qui traversent cette membrane et par leurs mécanismes.
Différences principales :
• Substances concernées :
o Osmose : Ne concerne que l'eau.
o Dialyse : Concerne les petites molécules et les ions.
• But :
o Osmose : Équilibrer les concentrations de soluté en modifiant la quantité d'eau.
o Dialyse : Séparer les solutés en fonction de leur taille.
• Mécanisme :
o Osmose : Diffusion passive de l'eau.
o Dialyse : Diffusion des solutés à travers une membrane, filtrant les molécules selon leur taille.

II. Cas des cellules végétales

II.1 Activité : action du NaCl sur les cellules d’épiderme d’oignon

Les schémas du document ci-dessous présentent les aspects des cellules végétales dans des milieux de concentrations différentes.
La cellule (a) a l’aspect normal par rapport aux cellules (b) et (c).
1. a) Après avoir reconnu l’élément 2, dire pourquoi la cellule (a) présente un aspect normal.
b) préciser le type de solution dans laquelle se trouve chacune des cellules (a), (b) et (c) par rapport à la concentration intracellulaire.
2. nommer les cellules b et c dans chacun de leur état
3 a) Expliquer les aspects de chacune des cellules b et c
b) Identifier les éléments 1 et 4, puis expliquer pourquoi la cellule b ne peut pas éclater
4 a) Nommer l’élément 3 et expliquer ce qui se passerait si la cellule c’était placée dans le même milieu que la cellule b.
b) Donner un nom à ce phénomène

II.2 Notion construite

Les cellules végétales placées dans un milieu à faible concentration (milieu hypotonique) voient leur volume augmenter, car l’eau se déplace de la solution moins concentrée vers le suc vacuolaire. Cependant, si ces cellules restent dans ce milieu, elles n’éclatent pas grâce à la présence d’une membrane squelettique en plus de la membrane plasmique : on dit alors que la cellule est turgescente, un phénomène appelé turgescence. Cette condition engendre une pression, appelée pression de turgescence, sur la membrane.
Lorsqu'une cellule végétale est placée dans un milieu ayant une concentration identique à celle de son intérieur (milieux isotoniques), son volume reste inchangé. En revanche, si la cellule est placée dans un milieu à concentration supérieure (milieu hypertonique), elle perd de l'eau et diminue de volume. Dans ce cas, la solution est hypertonique par rapport au milieu intracellulaire, entraînant une réduction du volume des cellules épidermiques. On qualifie alors la cellule de plasmolysée, et ce phénomène est appelé plasmolyse. Pendant cette réaction, la membrane cytoplasmique se décolle et reste attachée à la membrane squelettique au niveau des plasmodesmes.
Dans certaines situations, une cellule végétale plasmolysée laissée dans un milieu hypertonique peut retrouver son volume initial par absorption de sels, ce qui est appelé déplasmolyse. Ainsi, les phénomènes de turgescence et de plasmolyse sont réversibles

III. Expériences historiques : DUTROCHET et PFEIFFER

A. L’expérience de DUTROCHET

• Contexte : René Joachim Dutrochet est l’un des premiers à avoir décrit l'osmose. Il a démontré que l'eau peut traverser une membrane semi-perméable pour équilibrer la concentration en soluté.
• Résultat : Ses travaux ont montré que les échanges cellulaires obéissent à des lois physiques simples, indépendantes de l’organisme vivant, posant ainsi les bases de la biophysique cellulaire.

B. L’expérience de PFEIFFER

• Contexte : Wilhelm Pfeiffer a étudié les cellules végétales dans des solutions de concentrations différentes, établissant le concept de plasmolyse.
• Résultat : Il a démontré que, dans un milieu hypertonique, la membrane cellulaire se rétracte à l’intérieur de la paroi cellulaire chez les végétaux, un phénomène visible également dans les cellules animales sous forme de rétrécissement de la membrane.

V. Interprétation des résultats

• Résultats des expériences de DUTROCHET et PFEIFFER : Ces expériences montrent l'importance des conditions environnementales dans la régulation du volume cellulaire. L'osmose est un phénomène universel qui régule l'équilibre hydrique dans tous les organismes.
• Lien avec l'état des cellules : Les états observés au microscope ou sur des électronographies permettent d'identifier le comportement des cellules animales dans des milieux de concentrations différentes, directement lié aux.

IV Conclusion

En somme, les échanges d’eau à travers les membranes cellulaires jouent un rôle crucial dans le maintien de l’homéostasie cellulaire, tant chez les cellules animales que végétales. L’observation des comportements cellulaires en fonction des milieux environnants nous permet de comprendre l’importance de l’osmose et des phénomènes associés tels que la turgescence et la plasmolyse. Alors que nous avons exploré ces interactions fondamentales, nous nous tournerons désormais vers les échanges des substances dissoutes. Nous examinerons comment ces substances traversent les membranes cellulaires et les mécanismes qui régissent leur transport, afin de mieux appréhender l'impact de ces échanges sur le métabolisme cellulaire et le fonctionnement des organismes vivants.