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Mouvements d'entrée et de sortie des cellules

Biologie IGCSE · Sujet 3

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7:44

Mouvement vers l'intérieur et l'extérieur des cellules

Une cellule est entourée d'une membrane, et elle doit maintenir son échange avec le monde extérieur. L'oxygène doit entrer. Le dioxyde de carbone doit sortir. L'eau se déplace dans les deux sens…

Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés

3.1

Diffusion

Programme
Fondamental Supplémentaire
1 Décrivez la diffusion comme le mouvement net de particules d'une région de concentration plus élevée vers une région de concentration plus basse (c.-à-d. selon un gradient de concentration), en raison de leur mouvement aléatoire
2 Affirmez que l'énergie pour la diffusion provient de l'énergie cinétique du mouvement aléatoire des molécules et des ions
3 Affirmez que certaines substances entrent et sortent des cellules par diffusion à travers la membrane cellulaire
4 Décrivez l'importance de la diffusion des gaz et des solutés chez les êtres vivants
5 Investiguez les facteurs qui influencent la diffusion, limité à : surface, température, gradient de concentration et distance

Source : Programme Cambridge International

Diffusion : mouvement aléatoire, flux unidirectionnel

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.

Des particules serrées d'un côté d'une membrane cellulaire se dispersent vers l'autre côté, avec des flèches montrant le mouvement net vers le côté moins dense
Diffusion : les particules se déplacent de la haute vers la basse concentration, selon le gradient

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 :

Facteur La diffusion est plus rapide lorsque…
surface 表面积 la surface est plus grande
température 温度 il fait plus chaud (les particules bougent plus vite)
gradient de concentration la différence de concentration est plus grande
distance la distance à parcourir est plus courte (barrière plus fine)
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Diffusion et osmose

Placez la concentration de chaque côté et observez les particules se propager de haut à bas jusqu'à équilibre.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
diffusion/dɪˈfjuːʒn/ 扩散 kuò sàn
net movement/net ˈmuːvmənt/ 净移动 jìng yí dòng
particles/ˈpɑːtɪklz/ 粒子 lì zi
concentration/ˌkɒnsənˈtreɪʃn/ 浓度 nóng dù
concentration gradient/ˌkɒnsənˈtreɪʃn ˈɡreɪdɪənt/ 浓度梯度 nóng dù tī dù
random movement/ˈrændəm ˈmuːvmənt/ 随机运动 suí jī yùn dòng
energy/ˈenədʒi/ 能量 néng liàng
kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ 动能 dòng néng
molecules/ˈmɒlɪkjuːlz/ 分子 fèn zǐ
ions/ˈaɪɒnz/ 离子 lí zi
cell membrane/sel ˈmembreɪn/ 细胞膜 xì bāo mó
gases/ˈɡæsɪz/ 气体 qì tǐ
solutes/ˈsɒljuːts/ 溶质 róng zhì
oxygen/ˈɒksɪdʒn/ 氧气 yǎng qì
carbon dioxide/ˈkɑːbən daɪˈɒksaɪd/ 二氧化碳 èr yǎng huà tàn
surface area/ˈsɜːfɪs ˈeərɪə/ 表面积 biǎo miàn jī
temperature/ˈtemprɪtʃə/ 温度 wēn dù
3.2

Osmose

Programme
Fondamental Supplémentaire
1 Décrivez le rôle de l'eau comme solvant chez les organismes en ce qui concerne la digestion, l'excrétion et le transport 7 Décrivez l'osmose comme le mouvement net de molécules d'eau d'une région de potentiel hydrique plus élevé (solution diluée) vers une région de potentiel hydrique plus bas (solution concentrée), à travers une membrane partiellement perméable
2 Affirmez que l'eau diffuse à travers les membranes partiellement perméables par osmose
3 Affirmez que l'eau entre et sort des cellules par osmose à travers la membrane cellulaire
4 Investigez l'osmose en utilisant des matériaux tels que des tubes à dialyse
5 Investiguez et décrivez les effets sur les tissus végétaux de les immerger dans des solutions de différentes concentrations 8 Expliquez les effets sur les cellules végétales de les immerger dans des solutions de différentes concentrations en utilisant les termes : turgescence, pression de turgescence, plasmolyse, flaccidité
9 Expliquez l'importance du potentiel hydrique et de l'osmose dans l'absorption et la perte d'eau par les organismes
6 Affirmez que les plantes sont soutenues par la pression de l'eau à l'intérieur des cellules pressant vers l'extérieur sur la paroi cellulaire

Source : Programme Cambridge International

Osmose : l'eau traverse la membrane
Globules rouges vus au microscope
Globules rouges : l'eau entre et sort des cellules par osmose.

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.

De petites molécules d'eau traversent une membrane semi-perméable dans les deux sens mais se déplacent nettement vers le côté concentré, tandis que les gros particules de solutés ne peuvent pas traverser
Osmose : l'eau traverse la membrane semi-perméable ; le soluté ne peut pas

(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.
Trois cellules végétales : une cellule turgescence avec la membrane collée à la paroi, une cellule flasque avec la membrane repliée, et une cellule plasmolisée avec la membrane complètement séparée de la paroi
L'entrée ou la sortie d'eau d'une cellule végétale la rend turgescente, flaccide ou plasmolyisée
Vue au microscope optique de cellules d'oignon rouge dans une solution concentrée : dans de nombreuses cellules, le contenu violet s'est rétracté loin des parois cellulaires rectangulaires incolores
Cellules d'oignon rouge plasmolisées : le contenu violet s'est détaché des parois cellulaires

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.

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Osmose

mouvement net selon le gradient

Une différence de concentration entraîne un mouvement net jusqu'à ce que les deux côtés soient égaux.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
solvent/ˈsɒlvənt/ 溶剂 róng jì
dissolve/dɪˈsɒlv/ 溶解 róng jiě
solution/səˈluːʃn/ 溶液 róng yè
digestion/daɪˈdʒestʃn/ 消化 xiāo huà
excretion/ekˈskreʃn/ 排泄 pái xiè
transport/ˈtrænspɔːt/ 运输 yùn shū
osmosis/ɒzˈməʊsɪs/ 渗透 shèn tòu
partially permeable membrane/ˈpɑːʃəli ˈpɜːməbl ˈmembreɪn/ 半透膜 bàn tòu mó
water potential/ˈwɔːtə pəˈtenʃl/ 水势 shuǐ shì
turgid/ˈtɜːdʒɪd/ 膨胀 péng zhàng
turgor pressure/ˈtɜːɡə ˈpreʃə/ 膨压 péng yā
flaccid/ˈflæsɪd/ 松软 sōng ruǎn
plasmolysis/plæzˈmɒləsɪs/ 质壁分离 zhì bì fēn lí
dialysis tubing/daɪˈæləsɪs ˈtjuːbɪŋ/ 透析管 tòu xī guǎn
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3.3

Transport actif

Programme
Fondamental Supplémentaire
1 Décrivez le transport actif comme le mouvement de particules à travers une membrane cellulaire d'une région de concentration plus faible vers une région de concentration plus forte (c.-à-d. contre un gradient de concentration), en utilisant l'énergie de la respiration 2 Expliquez l'importance du transport actif en tant que processus de mouvement de molécules ou d'ions à travers les membranes, y compris l'absorption d'ions par les poils absorbants racinaires
3 Affirmez que des transporteurs protéiques déplacent des molécules ou des ions à travers une membrane lors du transport actif

Source : Programme Cambridge International

Transport actif vs diffusion

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.

Une protéine porteuse dans la membrane cellulaire ramasse une particule du côté à faible concentration et la déplace vers le côté à haute concentration, en utilisant l'énergie de la respiration
Le transport actif utilise de l'énergie et une protéine porteuse pour déplacer des particules contre le gradient

(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.

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Transport actif étape par étape

Étape : la protéine porteuse passe tout au long de son cycle : elle utilise l'énergie de l'ATP pour déplacer une particule contre le gradient, de faible à haute concentration.

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Transport actif — pomper vers le haut

Contrairement à la diffusion, le transport actif déplace des substances CONTRE le gradient de concentration, donc il a besoin d'énergie.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
active transport/ˈæktɪv ˈtrænspɔːt/ 主动运输 zhǔ dòng yùn shū
respiration/ˌrespɪˈreɪʃn/ 呼吸作用 hū xī zuò yòng
root hairs/ruːt heəz/ 根毛 gēn máo
protein carriers/ˈprəʊtiːn ˈkærɪəz/ 载体蛋白 zài tǐ dàn bái
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3.3

Comparer les trois processus

Processus Direction Énergie de la respiration ? Ce qui bouge
diffusion haute → basse concentration non particules, gaz, solutés
osmose haute → basse potentiel hydrique non eau uniquement
transport actif basse → haute concentration (contre le gradient) oui molécules et ions
3.3

Conseils d'examen

  • 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.

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