Détermination de la CONCENTRATION INTRACELLULAIRE par osmose

1 OSMOSE et PRESSION OSMOTIQUE

On se souvient que lorsque deux milieux sont séparés par une membrane, il s'établit un échange d'EAU ou OSMOSE depuis le milieu hypotonique (milieu où la [soluté] est la plus faible) vers le milieu hypertonique (milieu où la [soluté] est la plus forte).

2 Le PRINCIPE du travail

Si la température est une grandeur facilement mesurable ; par contre, il est plus difficile de mesurer la concentration molaire (CM) des solutés à l'intérieur d'une cellule ou d'un ensemble de cellules. On se souvient alors que, par osmose :

1E Si CM int. cel. > CM ext. cel : entrée d'eau et la cellule gonfle; elle devient turgescente,

2E Si CM int. cel. < CM ext. cel. : sortie d'eau et la cellule se flétrit; elle devient plamolysée,

3E Si CM int. cel. = CM ext. cel. : aucun mouvement d'eau et la cellule conserve ses dimensions.

Il "suffit" donc de plonger un ensemble de cellules (dont on peut facilement mesurer les dimensions) dans des solutions de différentes concentrations et de repérer (ou évaluer par graphique) la solution dans laquelle le groupe de cellules ne subit aucune (ou peu) variation de dimensions : il y a alors EGALITE des concentrations intra- et extracellulaires. On connait ainsi la concentration en soluté(s) à l'intérieur de la cellule et de là, la pression osmotique.

3 Le TRAVAIL

1ère SEANCE

1E Préparez dans 10 tubes à essai, 10 ml de solutions de concentrations différentes (cfr indications dans le tableau) à partir d'une solution-mère de saccharose (sucre blanc de cuisine) de concentration 1 mole/l.

2E En utilisant le perce-bouchon fourni, extrayez 10 "bâtons" d'une pomme de terre ou d'une betterave et veillez à ce qu'ils aient une longueur minimale voisine de 60 millimètres.

3E Mesurez très exactement leur longueur et introduisez-les dans les tubes. Complétez le tableau.

4E Laissez agir pendant 45 à 60 minutes (de bien meilleurs résultats s'obtiennent avec des temps plus longs ... p. ex. jusqu'au lendemain !!!) en remuant de temps en temps.

5E Sortez les bâtons un à un et mesurez à nouveau leur longueur avec précision. Complétez le tableau et terminez vos calculs.

2ème SEANCE ou ... à DOMICILE !

6E Construisez alors sur papier millimétrique la courbe (ou droite) représentant le pourcentage de variation de longueur en fonction de la concentration molaire de la solution.

7E Repérez alors sur le graphique la concentration pour laquelle le pourcentage de variation de longueur est nul ; vous obtenez ainsi la CM intracellulaire.

Température des solutions : 

Les RESULTATS EXPERIMENTAUX

Tubes nE

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Vol. (ml) sol. sacchar.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Vol. (ml) d'eau

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

[saccharose] (mol/l)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Longueur L (avant)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Longueur L' (après)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

% allongement (*)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(*) On calcule ce pourcentage comme suit : (L'-L)/L*100

Effectue le graphique en ligne  : clique ici 

Concentration "isotonique" CM = ...... mol/l

4 Résultat d'une expérience

Voici les résultats obtenus par un groupe d'élèves. Sur le graphique, les coordonnées "vertes" sont celles de l'expérience ; les coordonnées "rouges" ont été obtenues par régression linéaire (en admettant que le phénomène d'osmose réponde à une loi linéaire ...).

Pour une température de : 20°C

Tubes n°

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Vol. (ml) sol. sacchar.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Vol. (ml) d'eau

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

[saccharose] (mol/l)

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Longueur L (avant)

40

40

43

50

49

49

50

50

50

50

Longueur L' (après)

40

43

44

48

48

47

46

50

48

48

% allongement 

0,00

7,50

2,33

-4,00

-2,04

-4,08

-8,00

0,00

-4,00

-4,00

                               

EXTENSION : La concentration isotonique est donnée par l'intersection de la droite de régression avec l'axe X : elle vaut ici 0,33 mol/l. Des études ont montré que la pression osmotique p est directement proportionnelle à la concentration en masse du corps dissous et inversément proportionnelle à la masse molaire (et donc proportionnelle à la concentration molaire CM). Elle dépend également de la température t, selon la même loi que la pression d'un gaz. La pression osmotique d'une solution p peut donc être formulée comme suit :

p = CM.T.R  avec T = 273,15 + t   et   R = 0,0821

Nous avons donc dans cet exemple de résultat :

p = 0,33 x 293,15 x 0,0821 = 7,94 atm

 

5 Et encore de nombreuses INFORMATIONS ... sur le Web

Les aînés seront "gâtés" ... 

Sur le site de l'Université de Liège, les aînés trouveront quelques exercices ainsi que le lien vers le cours de biologie proposé à quelques sections d'études supérieures.

L'Université de Laval au Canada propose, au chapitre 3, quelques informations ainsi que des liens vers les autres chapitres et d'autres sites.

Une expérience particulièrement étonnante, intéressante et réalisable en classe (4ème année) nous est proposée par Didier Pol, auteur de très nombreux protocoles en biologie parus, pour certains, dans Sciences & Vie. A voir et à exploiter sans réserve !