TP La perméabilité membranaire des érythrocytes

La perméabilité membranaire des érythrocytes

Compte rendu de TP de physiologie

A travers quatre expériences réalisées sur des érythrocytes, nous nous sommes intéressés à la membrane cellulaire et à ses propriétés physico-chimiques.

La mise en présence de ces cellules avec différents composés biologiques (alcools, glucides, molécules azotées, composés ioniques…) en solution, en jouant sur leur nature chimique (hydrophilie, lipophilie, polarité, masse moléculaire) et leur concentration, a en effet permis de dégager certaines conclusions.

Pour cela, nous avons dans un premier temps préparé ces solutions puis empiriquement déterminé si le phénomène d’hémolyse était présent, le temps nécessaire à son apparition, et, par observation au microscope, l’état des hématies dans quelques solutions d’osmolarité variable, osmolarité mesurée avec précision par un osmomètre.

Il a été possible suite à l’analyse des résultats obtenus, d’établir que la membrane plasmique est une membrane semi perméable de nature lipidique, porteuse de charges électriques, très perméable aux petites molécules hydrosolubles et liposolubles, déstabilisées par les molécules liposolubles à longue chaîne carbonée, peu perméable aux molécules chargées électriquement et peu résistante dans des milieux de forte différence en tonicité par rapport à celle de son cytoplasme, qui est défini par une osmolarité de l’ordre de 300 mOsM.

La membrane cellulaire n’est donc pas seulement une barrière mécanique de protection pour la cellule, mais un acteur primordial dans ses échanges avec son environnement sous la forme d’une surface très active et sélective.

Présentation

L’apparition de la membrane plasmique, permettant la protection du matériel génétique et de la machinerie nécessaire au métabolisme, a été un facteur clé dans l’évolution des unicellulaires, évolution qui a conduit à l’émergence d’organismes pluricellulaires complexes. Elle constitue un intermédiaire entre la cellule et son environnement et permet aux molécules indispensables de lui parvenir.

En dehors de son rôle de frontière mécanique, la membrane remplit le rôle actif de maintien de la composition cellulaire notamment par sa fonction de filtre sélectif (définie par sa perméabilité) vis-à-vis de substances spécifiques. Elle est donc une surface d’échanges perpétuels intenses à la composition précise, disposant de propriétés chimiques, physiques et électriques définissables, et délimitant un compartiment liquidien qui réunit un certain nombre de composants en quantités qui se doivent de rester stables.

Il est important de donner quelques précisions sur les conventions de ces échanges.

La membrane est perméable à l’eau grâce à la présence de canaux transmembranaires (aquaporines). La présence de solutés en concentrations différentes de part et d’autre de la membrane, entraîne un gradient de pression osmotique responsable d’un déplacement d’eau vers le milieu le plus concentré afin d’équilibrer les concentrations. Une osmole désigne une molécule osmotiquement active, ayant un mouvement propre, elle diffère la mole uniquement pour les substances qui se dissocient. On définit ainsi des solutions hypo, iso et hyper-osmotiques par rapport au cytoplasme.

En présence solutés diffusibles, cet équilibre n’est pas atteint et les molécules entrent massivement dans la cellule qui est alors susceptible de se rompre. En présence de solutés non diffusibles, seule l’eau se déplace (osmose). L’osmolarité comprend donc une part de solutés non diffusibles responsables d’une tonicité – définie comme l’effet de l’osmolarité d’une solution sur le volume cellulaire - d’une solution par rapport à la cellule (hypo, iso, hyper-toninicité) et une autre part de solutés difusibles sans effet sur la tonicité de la solution qui les contient. Une solution hypotonique conduit à un flux important d’eau vers le cytoplasme, l’isotonique ne change pas ce même volume et l’hypertonique a l’effet inverse de l’hypotonique.

La constante diélectrique mesure le degré avec lequel une substance peut stocker des charges électriques lorsqu’elle est soumise à un potentiel électrique, elle dépend de la distribution des charges à l’intérieur de la molécule.

Il est aisé de suivre ces déplacements d’eau dans les hématies du fait de leur accessibilité en tant que cellules sanuines et du phénomène d’hémolyse visible à l’œil nu, dispersant leur hémoglobine dans la solution et laissant une simple membrane en suspension (ghost).

Nous avons tenté d’estimer l’osmolarité intracellulaire des érythrocytes en utilisant des solutions de composants non diffusibles à la concentration variable, et par l’observation de la vitesse d’hémolyse en présence de solutés diffusibles variés, de déterminer les facteurs influants sur la permébilité membranaire (liposolubilité, taille, polarité).

Matériel et Méthodes

1) Préparation des solutions

Etant dans le binôme E, j’ai réalisé quatre solutions à 0.6 M d’alcools différents (méthanol, éthanol, propanol, butanol)

Exemple de la solution de butanol : à partir d’un composé pur à plus de 99%

- Détermination de la concentration C0 : C0 = masse volumique butanol / masse molaire butanol

C0 = 0.8100 / 74.12 = 10.928 mmol/L

- Calcul du volume V0 à prélever pour la dilution : C0 x V0 = C1 x V1

Donc V0 = C1V1 / C0 = 0.6 x 0.03 / 0.010928 = 1.647 mL

- Volume d’ea u à ajouter : V H20 = V1 – V0 = 30 -1.647 = 28.353 mL

2) Mesure de l’osmolarité des solutions préparées à l’aide d’un osmomètre

Cette mesure demandant une grande précision et fiabilité, repose sur une technique de réfrigération d’un échatillon d’une solution mettant en jeu l’effet Peletier (également appelé effet thermoélecritrique).

Soient deux matériaux conducteurs de nature différente, ayant deux points de contact espacés. Ce phénomène physique consiste en une absorption de chaleur au premier point de contact, corrélée à une perte de chaleur équivalente au deuxième point de contact entre les deux matériaux conducteurs. Le déplacement de

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