Qu'arrive-t-il à un globule rouge dans de l'eau salée ?
Dans une eau pure, un globule rouge gonfle et éclate ; dans une eau fortement salée, il se ratatine. Voyez comment l'osmose décide de l'issue, pourquoi les gouttes utilisent du sérum physiologique à 0,9 %, et ce que font les cellules végétales.
Ce qui arrive à une cellule sanguine rouge dans l'eau salée dépend de la salinité de l'eau. Si vous placez une cellule sanguine rouge dans une eau salée qui correspond au plasma sanguin (environ 0,9 % de sel), rien ne change vraiment. Si vous rendez l'eau plus salée, la cellule perd de l'eau et se ratatine. Si vous utilisez de l'eau pure, elle gonfle jusqu'à ce qu'elle éclate. Ces trois phénomènes relèvent tous de l'osmose, et une fois que vous comprenez comment cela fonctionne, vous le remarquerez partout, des perfusions hospitalières aux laitues flétries.
L'osmose en une phrase
L'osmose est le déplacement net d'eau à travers une membrane partiellement perméable, d'une solution plus diluée vers une solution plus concentrée.
La membrane entourant une cellule sanguine rouge laisse passer l'eau facilement mais bloque le sel dissous. Les molécules d'eau traversent dans les deux sens en permanence. Lorsqu'un côté est plus dilué, il contient plus de molécules d'eau « libres », donc plus d'entre elles traversent depuis ce côté que ne reviennent. Le résultat est un flux constant d'eau dans un sens jusqu'à ce que les deux côtés s'équilibrent, ou jusqu'à ce que quelque chose cède.
Il est utile de maintenir cette notion distincte de la diffusion, qui correspond à tout type d'étalement de particules depuis les zones où elles sont nombreuses vers les zones où elles le sont moins. L'osmose est le cas spécial où l'eau traverse une membrane qui ne laisse pas suivre la substance dissoute.
Solutions hypotoniques, hypertoniques et isotoniques
Ces trois mots décrivent la solution à l'extérieur de la cellule, comparée à l'intérieur :
| Solution extérieure | Comparée à la cellule | L'eau se déplace | Hématie |
|---|---|---|---|
| Hypotonique (par exemple, eau pure) | plus diluée | dans la cellule | gonfle, peut éclater |
| Isotonique (0,9% de sel) | la même | à parts égales dans les deux sens | reste normale |
| Hypertonique (par exemple, 3% de sel) | plus concentrée | hors de la cellule | se ratatine |
Un moyen simple de les retenir : hypo signifie « sous », donc il y a moins de matière dissoute à l'extérieur et l'eau s'accumule. Hyper signifie « sur », donc il y a plus de matière dissoute à l'extérieur et l'eau est aspirée dehors. Iso signifie « égal ».
Que se passe-t-il pour une hématie dans l'eau pure ?
L'eau pure est la plus hypotonique possible. L'eau inonde la cellule, et une hématie n'a rien pour l'arrêter. Elle n'est enveloppée que d'une membrane fine et flexible. La cellule gonfle de son disque normalement creusé en une sphère, et si l'eau continue d'entrer, la membrane se déchire. Les biologistes appellent cela l'hémolyse, ou simplement la lyse.
Et dans une eau très salée ?
Retournons le problème. Dans une solution saline concentrée, l'extérieur est hypertonique, de sorte que l'eau quitte la cellule plus rapidement qu'elle n'y entre. La cellule rétrécit et sa surface se plisse en une forme épineuse. C'est ce qu'on appelle la crénation, et vous pouvez la voir au microscope optique lorsqu'une goutte de solution saline concentrée est ajoutée au sang.
Pourquoi les hôpitaux utilisent-ils du sérum physiologique au lieu d'eau ?
Quand un patient a besoin de liquide par perfusion, mettre de l'eau pure directement dans une veine serait dangereux. Leurs globules rouges absorberaient de l'eau et pourraient éclater. Les hôpitaux utilisent donc du sérum physiologique : chlorure de sodium à 0,9 %, qui est isotonique avec le plasma sanguin. L'eau entre et sort des globules sanguins de manière égale, et ils conservent leur forme.
La même idée explique pourquoi boire de l'eau de mer aggrave la soif. L'eau de mer contient environ 3,5 % de sel, soit environ quatre fois plus salée que votre sang. Vos reins ne peuvent pas produire une urine aussi salée; éliminer le sel vous coûte donc plus d'eau que vous n'en avez bu.
Les cellules végétales� pour ne pas éclater
Les cellules végétales traversent le même processus d'osmose, mais elles ont un grand avantage : une paroi cellulaire rigide à l'extérieur de la membrane.(Si vous n'êtes pas sûr de ce qui les différencie, voici comment les cellules animales et végétales se comparent.)
Dans l'eau pure, l'eau pénètre dans la grande vacuole centrale de la cellule végétale, et la cellule gonfle jusqu'à ce que la membrane appuie fermement contre la paroi. La paroi repousse, donc la cellule ne peut pas éclater. Une cellule dans cet état ferme et gonflé est appelée turgescente, et les cellules turgescentes sont ce qui maintient les tiges et les feuilles souples. Laissez de la laitue fatiguée dans un bol d'eau froide pendant une demi-heure et elle redevient croustillante pour exactement cette raison.
Plasmolyse dans les cellules d'oignon
Mettez une cellule végétale dans de l'eau salée forte et l'inverse se produit. L'eau quitte la vacuole, le contenu rétrécit, et la membrane se décolle de la paroi, laissant des espaces dans les coins. C'est la plasmolyse. Une plante flétrie est en route vers cet état : ses cellules ont perdu suffisamment d'eau pour ne plus appuyer fermement contre leurs parois.
La plasmolyse dans les cellules d'oignon est un classique pratique scolaire, car la peau à l'intérieur d'une couche d'oignon est une feuille unique de cellules, assez fine pour être vue directement. L'oignon rouge fonctionne le mieux, car ses vacuoles colorées rendent le rétrécissement facile à observer lorsque vous ajoutez une solution de sel. Remplacez la solution de sel par de l'eau pure et les cellules se remplissent à nouveau.
Questions fréquemment posées
Quelle est la différence entre l'osmose et la diffusion ?
La diffusion est la propagation de n'importe quelles particules d'un endroit où elles sont plus concentrées à un endroit où elles sont moins concentrées, comme un parfum se propageant dans une pièce. L'osmose est un cas particulier de diffusion : le mouvement de l'eau à travers une membrane partiellement perméable, d'une solution diluée à une solution plus concentrée. Aucun ne nécessite d'énergie de la cellule.
Pourquoi une cellule sanguine rouge éclate-t-elle dans l'eau mais une cellule végétale ne le fait-elle pas ?
Une cellule sanguine rouge n'a qu'une membrane fine et flexible, donc lorsque l'eau inonde, rien n'arrête son gonflement jusqu'à ce qu'elle se déchire. Une cellule végétale possède une paroi cellulaire en cellulose solide à l'extérieur de sa membrane. Lorsque la cellule se remplit, la paroi pousse en sens inverse avec une pression égale, de sorte que la cellule devient ferme (turgide) plutôt que d'éclater.
Que signifie isotone ?
Une solution isotone a la même concentration de particules dissoutes que l'intérieur de la cellule. L'eau entre et sort à la même vitesse, de sorte que la cellule ne gonfle ni ne rétrécit. Pour les globules rouges humains, c'est environ 0,9 % de chlorure de sodium, la concentration du sérum physiologique utilisé dans les perfusions hospitalières.
Essayez par vous-même
Dans le laboratoire sur la diffusion et l'osmose, passez à la vue des cellules et essayez ceci :
- Commencez avec la globule rouge et faites glisser la concentration extérieure jusqu'à 0 % de sel (eau pure). Observez-la gonfler, puis éclater.
- Commencez à nouveau et augmentez le sel au-dessus de 0,9 %. La cellule se ratatine, et le panneau vous indique qu'elle est crénelée.
- Trouvez le paramètre où l'eau entre et sort à parts égales. C'est isotone.
- Passez à la cellule d'oignon et répétez. Dans l'eau pure, elle devient turgide mais n'éclate jamais. Dans l'eau salée, elle subit une plasmolyse.
Pour voir où se trouvent réellement la vacuole et la paroi cellulaire, ouvrez le Explorateur de cellules 3D Et comparez les cellules animales et végétales côte à côte.
Voyez-le par vous-même, en 3D et gratuitement.
Essayez-le dans le Diffusion et Osmose