Physiologie générale et sang : Tome 1 - Flux de matière

Flashcards de vocabulaire basées sur le cours de Physiologie générale et sang de Gailly, traitant de la thermodynamique, des flux membranaires et des transports transépithéliaux.

Système isolé

Système thermodynamique qui ne peut échanger ni matière, ni chaleur, ni travail mécanique avec l'extérieur (exemple : l'univers).

Système adiabatique

Système entouré d'une cloison qui ne permet pas d'échanger de la chaleur, mais qui peut accepter un travail mécanique.

Système fermé

Système qui ne peut pas échanger de matière mais peut subir un travail mécanique et échanger de la chaleur avec le milieu extérieur.

Système ouvert

Système permettant l'échange de matière, de travail mécanique et de chaleur avec le milieu extérieur (exemple : la cellule).

Variables intensives

Paramètres mesurables à différents points du système qui ne s'additionnent pas, comme la température ($t$), la pression ($p$) ou la concentration ($C$).

Variables extensives

Paramètres qui donnent une idée de la taille du système et qui s'additionnent, comme le volume ($V$) ou le nombre de moles ($n$).

Travail (thermodynamique)

Produit d'une variable intensive par une variable extensive conjuguée, exprimé en Joules ($J$).

Fonction d'état

Description d'un système dont le changement lors d'une transition dépend uniquement de l'état initial et de l'état final, et non du chemin suivi.

Équation d'état des gaz parfaits

Relation reliant pression, volume et température : $PV = nRT$.

Constante des gaz parfaits ($R$)

Valeur thermodynamique égale à $8,314\,J/mol.K$.

Énergie interne ($U$)

Quantité d'énergie totale contenue dans un système, dont la variation est notée $\Delta U = U_2 - U_1$.

Premier principe de la thermodynamique

Principe de Lavoisier stipulant que l'énergie totale d'un système isolé est constante : « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».

Chaleur ($Q$)

Forme d'énergie définie comme le produit de la température ($T$, variable intensive) par l'entropie ($S$, variable extensive) : $Q = T \times S$.

Entropie ($S$)

Fonction d'état mesurant la dispersion de l'énergie et le désordre d'un système, s'exprimant par $S = k \times \text{ln}(\Omega)$. house

Processus réversible

Transformation thermodynamique où la variation d'entropie de l'univers est nulle ($\Delta S = 0$).

Deuxième principe de la thermodynamique

Principe de Carnot stipulant que l'entropie totale de l'univers ou d'un système isolé doit toujours augmenter ($\Delta S > 0$ pour un processus irréversible).

Probabilité thermodynamique ($\Omega$)

Nombre de micro-états possibles d'un système, utilisé par Ludwig Boltzmann pour définir l'entropie.

Constante de Boltzmann ($k$)

Valeur physique égale à $1,3 \times 10^{-23}\,J/K$.

Énergie libre de Gibbs ($G$)

Énergie disponible pour être transformée, définie par $G = U + PV - TS$. La spontanéité d'une réaction impose $\Delta G < 0$.

Enthalpie ($H$)

Fonction d'état définie par $H = U + PV$, représentant la chaleur échangée à pression constante.

Calorimétrie

Mesure des flux d'énergie entrant ou sortant d'un système pour évaluer le métabolisme.

Potentiel chimique ($\mu_i$)

Quantité d'énergie par mole d'une substance donnée, représentant le changement d'énergie interne dû à l'addition de matière.

Constante de Faraday ($F$)

Quantité de charges électriques dans une mole de substance, soit $96485\,C/mol$.

Potentiel électrochimique ($\mu$)

Énergie totale d'une mole d'ions, incluant le potentiel chimique, la pression, la température et le travail électrique ($Z \times F \times V$).

Flux vectoriel ($J$)

Quantité de variable extensive passant à travers une unité de surface par unité de temps dans une direction donnée.

Thermodiffusion

Flux de matière provoqué par une différence de température.

Filtration

Flux de matière lié à une différence de pression.

Diffusion (flux)

Flux de matière lié à une différence de concentration, suivant le gradient de potentiel chimique.

Électrophorèse

Flux de matière lié à une différence de potentiel électrique.

Conductance (thermodynamique)

Propriété d'un système permettant l'écoulement d'un flux sous l'effet d'une force.

Affinité de la réaction ($Ar$)

Équivalent pour les flux scalaires du gradient de potentiel électrochimique, déterminant la tendance d'une réaction chimique à progresser.

Fonction de dissipation de Rayleigh ($\Phi$)

Mesure de la vitesse de production d'entropie, égale à la somme des produits des flux par leurs forces conjuguées ($\Phi = \sum J \times X$).

Couplage de flux

Phénomène vital où un flux dissipant de l'énergie libre permet à un autre flux d'évoluer à l'encontre de sa force conjuguée.

Loi de réciprocité d'Onsager

Principe réduisant le nombre de coefficients phénoménologiques dans un système de couplage car la matrice des coefficients est symétrique ($L_{ij} = L_{ji}$).

Structure dissipative

Concept d'Ilya Prigogine selon lequel l'organisation et la complexité naissent d'un couplage entre différents flux d'énergie.

Membrane plasmique

Interface asymétrique entre les milieux intra- et extracellulaires, composée d'une bicouche lipidique fluide et de protéines.

Phospholipides

Molécules amphiphiles constituant la base structurelle de la membrane cellulaire.

Diffusion (biologique)

Transport net de matière résultant de l'agitation thermique désordonnée des molécules (mouvement brownien).

Flux unidirectionnel ($j$)

Probabilité de déplacement de molécules de soluté d'un point vers un autre, proportionnelle à la concentration locale.

Flux net ($J$)

Résultante de tous les flux unidirectionnels entre deux points ; il est nul si la concentration est homogène.

Loi de Fick

Relation stipulant que le flux de diffusion est proportionnel au gradient de concentration : $J = -D \times \frac{dc}{dx}$.

Coefficient de diffusion ($D$)

Paramètre dépendant de $RT$, du rayon de la particule et de la viscosité du milieu, exprimé en $m^2/s$ ou $cm^2/s$.

Vitesse de diffusion macroscopique

La distance de diffusion est proportionnelle à la racine carrée du temps : $\Delta_{rms} = \sqrt{2Dt}$.

Aquaporines

Canaux protéiques sélectifs permettant le passage de l'eau à travers les membranes cellulaires (découvertes par Peter Agre).

Membrane de verre fritté

Modèle de membrane perméable permettant la diffusion des solutés selon un gradient de concentration uniforme.

Perméabilité membranaire ($P$)

Rapport du flux net sur la différence de concentration ($P = \frac{J}{\Delta C}$), exprimé en $m/s$.

Coefficient de partage ($K_P$)

Rapport des concentrations d'un soluté à l'équilibre dans l'huile et dans l'eau ($K_P = \frac{C_{\text{huile}}}{C_{\text{eau}}}$).

Osmose

Mouvement de l'eau à travers une membrane semi-perméable de la solution la moins concentrée vers la plus concentrée.

Pression osmotique ($\Pi$)

Pression hydrostatique nécessaire pour équilibrer et annuler le flux osmotique d'un solvant.

Loi de Van't Hoff

Équation calculant la pression osmotique pour des solutions diluées : $\Pi = RTCg$.

Osmolarité

Propriété colligative dépendant du nombre absolu de particules actives en solution ($320\,mOsm$ pour une solution physiologique normale).

Isosmotique

Se dit de deux solutions ayant la même pression osmotique.

Tonicité

Propriété d'une solution liée à la capacité de la membrane à provoquer un changement de volume cellulaire (flux d'eau).

Hypo-osmolaire

Solution dont l'osmolarité est inférieure à l'osmolarité normale de $320\,mOsm$.

Interdiffusion

Phénomène se produisant lorsqu'une membrane est perméable à la fois au solvant et au soluté, tendant vers l'uniformisation des concentrations.

Coefficient de réflexion de Staverman ($\sigma$)

Paramètre compris entre 0 et 1 indiquant le caractère sélectif d'une membrane pour un soluté (1 = imperméable, 0 = totalement perméable).

Effet d'entraînement par le solvant

Accélération ou ralentissement du flux de soluté par le mouvement de masse du solvant à travers la membrane.

Lp (Conductance hydraulique)

Facilité avec laquelle l'eau traverse une membrane sous l'effet d'un gradient de pression.

Oocyte de Xenopus

Modèle cellulaire utilisé pour prouver la fonction des aquaporines par injection d'ARNm.

AQP2

Aquaporine située dans le tube collecteur du rein, régulée par la vasopressine.

Hypotonique

Solution provoquant un flux d'eau vers l'intérieur de la cellule, entraînant son gonflement.

Hypertonique

Solution provoquant un flux d'eau vers l'extérieur de la cellule, entraînant sa plasmolyse (diminution de volume).

Liquide interstitiel

Compartiment hydrique situé entre l'espace vasculaire et les cellules, où baignent ces dernières.

Espace de dilution

Volume calculé en divisant la quantité d'un marqueur injecté par sa concentration finale après équilibre.

Pression oncotique

Partie de la pression osmotique due aux protéines de gros poids moléculaire qui ne peuvent pas franchir la paroi capillaire.

Lessivage capillaire

Processus continu de sortie de liquide au pôle artériel et de rentrée au pôle veineux, assurant le renouvellement du liquide interstitiel.

Glomérule rénal

Réseau capillaire à haute pression ($50\,mmHg$) provoquant un efflux continu de liquide (filtration).

Oedème

Augmentation anormale du volume du liquide interstitiel due à un déséquilibre des forces de Starling.

Histamine

Substance vaso-active augmentant la perméabilité capillaire aux protéines lors de réactions inflammatoires.

Signe du godet

Dépression cutanée persistant après pression du doigt, révélatrice d'un oedème des tissus sous-cutanés.

Oedème aigu du poumon (OAP)

Accumulation de liquide dans les alvéoles pulmonaires suite à une défaillance du cœur gauche.

Lymphoedème

Accumulation de liquide interstitiel due à une obstruction ou destruction des vaisseaux lymphatiques.

Potentiel d'équilibre de Nernst

Différence de potentiel électrique qui contrebalance exactement une force de gradient de concentration pour un ion donné.

Équation de Nernst

Formule calculant le potentiel d'équilibre : $E_{ion} = \frac{RT}{zF} \ln \frac{C_{ext}}{C_{int}}$.

Électroneutralité

Principe physique interdisant la séparation macroscopique de charges positives et négatives en solution.

Potentiel de diffusion

Différence de potentiel résultant de la diffusion simultanée d'ions de mobilités différentes vers un équilibre.

Potentiel de repos membranaire ($V_m$)

Différence de potentiel stable entretenue par la diffusion ionique et les pompes actives, généralement entre $-10$ et $-90\,mV$.

Équation de Goldman-Hodkin-Katz (GHK)

Modèle calculant le potentiel de membrane en fonction des perméabilités et concentrations de tous les ions monovalents diffusibles.

Force électromotrice (ionique)

Différence entre le potentiel de membrane et le potentiel d'équilibre de l'ion : $(V_m - E_{ion})$.

Pompe électrogénique

Transporteur actif qui crée une séparation de charges, comme la pompe Na/K qui expulse une charge positive nette à chaque cycle.

Ionophores

Molécules facilitant le transport d'ions à travers les membranes lipidiques en diminuant la barrière énergétique.

Valinomycine

Ionophore spécifique du potassium facilitant sa diffusion dans la phase lipidique.

Protonophore (FCCP)

Substance dérivée du cyanure capable d'annuler un gradient de protons.

Canal ionique (structure)

Macrostructure protéique possédant un pore hydrophile au centre pour le passage rapide des ions.

Transport facilité

Transport passif assisté par une protéine membranaire, caractérisé par sa spécificité et sa saturabilité.

$V_{max}$ (Vitesse maximale)

Valeur de flux de transport pour laquelle tous les sites des transporteurs sont occupés.

Inhibition compétitive

Diminution de l'affinité d'un transporteur pour son substrat naturel en présence d'une substance ressemblante, sans changer la $V_{max}$.

Inhibition non compétitive

Réduction de la $V_{max}$ de transport par une substance qui bloque le nombre de transporteurs actifs, sans changer le $K_{1/2}$.

GluT1

Transporteur de glucose de haute affinité présent dans les globules rouges.

GluT4

Isofome du transporteur de glucose sensible à l'insuline, exprimée dans les muscles et les adipocytes.

Hypothèse du « Rocking-banana »

Modèle conformationnel où le transporteur change d'orientation pour exposer alternativement ses sites de liaison aux deux faces de la membrane.

Anhydrase carbonique

Enzyme catalysant la formation de bicarbonate et de protons à partir du $CO_2$ et de l'eau dans le globule rouge.

Échangeur AE1

Protéine membranaire du globule rouge échangeant un ion chlorure contre un ion bicarbonate.

Fibres glycolytiques

Cellules musculaires rapides utilisant la glycolyse et expulsant le lactate par le transporteur MCT4.

Fibres oxydatives

Cellules musculaires endurantes captant le lactate par le transporteur MCT1 pour le métaboliser dans les mitochondries.

Patch-clamp

Technique électrophysiologique permettant de mesurer les courants passant à travers un seul canal ionique.

Giga-seal

Contact étroit entre la pipette de patch-clamp et la membrane, assurant une résistance électrique très élevée.

Configuration Inside-out

Mode de patch-clamp où la face cytoplasmique de la membrane est exposée au bain extérieur.

Configuration Whole-cell

Mode de patch-clamp permettant de mesurer le courant total circulant à travers l'ensemble de la membrane cellulaire.

Probabilité d'ouverture ($P_o$)

Fraction de temps pendant laquelle un canal ionique individuel est dans l'état conducteur.