Tonicité

En biologie chimique , la tonicité est une mesure du gradient de pression osmotique effectif, c'est-à-dire du potentiel hydrique de deux solutions séparées par une membrane cellulaire partiellement perméable . La tonicité dépend de la concentration relative de solutés sélectifs imperméables à la membrane à travers une membrane cellulaire qui détermine la direction et l'étendue du flux osmotique . Elle est couramment utilisée pour décrire la réponse de gonflement ou de rétrécissement des cellules immergées dans une solution externe.

Contrairement à la pression osmotique, la tonicité n'est influencée que par les solutés qui ne peuvent pas traverser la membrane, car seuls ceux-ci exercent une pression osmotique efficace. Les solutés capables de traverser librement la membrane n'affectent pas la tonicité car ils s'équilibreront toujours avec des concentrations égales des deux côtés de la membrane sans mouvement net de solvant. C'est également un facteur affectant l'imbibition .

Il existe trois classifications de tonicité qu'une solution peut avoir par rapport à une autre : hypertonique , hypotonique et isotonique . Un exemple de solution hypotonique est l'eau distillée.

Une solution hypertonique a une concentration de solutés non perméables plus élevée qu'une autre solution. En biologie, la tonicité d'une solution fait généralement référence à sa concentration en solutés par rapport à celle d'une autre solution située de l'autre côté d'une membrane cellulaire ; une solution à l'extérieur d'une cellule est dite hypertonique si elle a une concentration de solutés plus élevée que le cytosol à l'intérieur de la cellule. Lorsqu'une cellule est immergée dans une solution hypertonique, la pression osmotique tend à forcer l'eau à sortir de la cellule afin d'équilibrer les concentrations des solutés de chaque côté de la membrane cellulaire. Le cytosol est à l'inverse catégorisé comme hypotonique, à l'opposé de la solution extérieure.

Lorsque les cellules végétales sont dans une solution hypertonique, la membrane cellulaire flexible se détache de la paroi cellulaire rigide , mais reste jointe à la paroi cellulaire à des points appelés plasmodesmes . Les cellules prennent souvent l'apparence d'un coussin à épingles , et les plasmodesmes cessent presque de fonctionner car ils se contractent, une condition connue sous le nom de plasmolyse . Dans les cellules végétales, les termes isotonique, hypotonique et hypertonique ne peuvent pas être utilisés de manière stricte car la pression exercée par la paroi cellulaire affecte considérablement le point d'équilibre osmotique.

Certains organismes ont développé des méthodes complexes pour contourner l'hypertonie. Par exemple, l'eau salée est hypertonique pour les poissons qui y vivent. Comme les poissons ont besoin d'une grande surface de leurs branchies en contact avec l'eau de mer pour les échanges gazeux , ils perdent de l'eau par osmose dans la mer à partir des cellules branchiales. Ils réagissent à cette perte en buvant de grandes quantités d'eau salée et en excrétant activement l'excès de sel. Ce processus est appelé osmorégulation .

Une solution hypotonique a une concentration de solutés inférieure à celle d'une autre solution. En biologie, une solution à l'extérieur d'une cellule est dite hypotonique si elle a une concentration de solutés inférieure à celle du cytosol . En raison de la pression osmotique , l'eau se diffuse dans la cellule et la cellule apparaît souvent turgescente ou gonflée. Pour les cellules sans paroi cellulaire telles que les cellules animales, si le gradient est suffisamment important, l'absorption de l'excès d'eau peut produire suffisamment de pression pour induire une cytolyse ou une rupture de la cellule. Lorsque les cellules végétales sont dans une solution hypotonique, la vacuole centrale absorbe de l'eau supplémentaire et pousse la membrane cellulaire contre la paroi cellulaire. En raison de la rigidité de la paroi cellulaire, elle repousse, empêchant la cellule d'éclater. C'est ce qu'on appelle la pression de turgescence .

Une solution est dite isotonique lorsque sa concentration osmolaire effective est la même que celle d'une autre solution. En biologie, les solutions de chaque côté d'une membrane cellulaire sont isotoniques si la concentration de solutés à l'extérieur de la cellule est égale à la concentration de solutés à l'intérieur de la cellule. Dans ce cas, la cellule ne gonfle ni ne rétrécit car il n'y a pas de gradient de concentration pour induire la diffusion de grandes quantités d'eau à travers la membrane cellulaire. Les molécules d'eau diffusent librement à travers la membrane plasmique dans les deux sens, et comme le taux de diffusion de l'eau est le même dans chaque sens, la cellule ne gagne ni ne perd d'eau.

Une solution iso-osmolaire peut être hypotonique si le soluté est capable de pénétrer la membrane cellulaire. Par exemple, une solution d'urée iso-osmolaire est hypotonique pour les globules rouges, provoquant leur lyse . Cela est dû à l'urée qui pénètre dans la cellule selon son gradient de concentration, suivie de l'eau. L'osmolarité d'une solution saline normale , 9 grammes de NaCl dissous dans l'eau pour un volume total d'un litre, est une approximation proche de l'osmolarité de NaCl dans le sang (environ 290 mOsm / L ). Ainsi, la solution saline normale est presque isotonique au plasma sanguin. Ni les ions sodium ni les ions chlorure ne peuvent traverser librement la membrane plasmique, contrairement à l'urée .