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Respiration - Ivanès
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Cours rédigé "Respiration " à Tours
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M1.1 : Physiologie PLANTIERRespiration
I. Rappels
A. Problématique générale
L’apport d’énergie est indispensable à la vie, en pratique cette énergie est utilisé par les cellules sous forme
d’ATP et que pour re-synthétiser de l’ATP les organismes se reposent essentiellement sur la combustion
contrôlée de sucre et de lipide en présence d’O2 pour former cette énergie dans les mitochondries :
Sucre/lipide + O2 ATP + H2O + CO2
On comprend donc que le maintien de la vie nécessaire des échanges de gaz entre :
- Milieu intérieur : riche en CO2 (produit) et pauvre en O2 (consommé)
- Milieu extérieur :
o Fraction d’O2 = 21 %
o Fraction de CO2 = nulle
B. Modalités de déplacement des molécules gazeuses
1. La diffusion
Le déplacement d’une molécule gazeuse peut s’effectuer par diffusion qui est un mouvement spontané de
molécule d’un gaz le long d’un gradient de concentration (du + cc vers le – cc). La diffusion est la
conséquence des mouvements browniens des molécules.
Caractéristique de la diffusion :
Phénomène passif, pas d’apport externe d’NRJ
Modification du mélange gazeux
Très lent dans un milieu aqueux
Ex : odeur du parfum dans une pièce
Echanges gazeux dans le règne animal
Les échanges gazeux permettent de répondre aux besoins des organismes quand ils sont de très petites taille
comme les êtres unicellulaires.
On considère que le front de diffusion d’une molécule comme l’oxygène dans un milieu aqueux est de
100 µm/s. Donc on comprend que ce déplacement est adapté pour des organismes de la taille de l’ordre de
micromètres mais qu’il est insuffisant pour répondre aux besoins d’un organisme plus gros.
Ce mode de déplacement des gaz n’est pas adapté à un organisme volumineux.
2. La convection
Mais dans le monde du vivant, on a également développé le mode de convection qui est un mouvement en
masse.
Caractéristique de la convection :
Requiert de l’énergie (une pompe)
Pas de modification du mélange gazeux
Peut-être très rapide
Ex : une seringue quand on pousse le piston
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Les polypes sont des organismes marins qui portent à leur surface des cils qui battent et qui peuvent générer
à la surface de l’organisme des flux d’eau qui permettent d’accélérer les mouvements des molécules de gaz
convection externe.
Autre exemple, les insectes, qui ont un mécanisme de convection interne. Ils ont des flux des gaz à
l’intérieur même des organismes. Les insectes ont développé des tubes : trachées pour les plus grosses et
trachéoles pour les plus petites qui s’abouchent à des orifices superficiels (stigmates). Quand on a une
contraction des muscles abdominaux de l’animal, on observe une diffusion directe dans les tissus.
Chez les vertébrés, on a une étape d’évolution qui a été ajouté c’est la connexion à l’appareil circulatoire. Cet
appareil a permis l’accélération de la distribution des gaz dans l’organisme.
Chez les poissons, les bronchies permettent d’extraire l’oxygène de l’eau pour diffuser du CO 2 sont connecter
directement à la circulation systémique par un réseau unique avec un cœur ne comprenant qu’un seul
ventricule.
C. Vue d’ensemble du transport des gaz dans l’organisme chez l’Homme
Chez les mammifères, le système est à peu près analogue, on prend l’exemple de l’Homme.
Chez les mammifères, l’oxygène est transporté par convection dans les poumons jusqu’au contact
d’une interface entre l’air des poumons et le sang contenu dans les capillaires qui va diffuser à ce niveau-là.
Pour ensuite être distribuer dans l’organisme par le biais de la convection circulatoire (2 circuits différents
chez l’Homme) pour ensuite diffuser à partir des capillaires systémiques jusque dans les tissus où l’oxygène
finira par atteindre les mitochondries qui sont le lieu où il est consommé.
Le CO2 va suivre le chemin inverse pour pouvoir être éliminé.
Ce que l’on appelle l’appareil circulatoire, c’est l’ensemble :
- Pompe ventilatoire qui assure les mouvements de convection ventilatoire
- Appareil diffusif qui permet la diffusion des gaz depuis l’air contenu dans les poumons jusqu’au sang
contenu dans les capillaires tissulaires
- Le sang qui sert de transporteur des gaz
- Appareil de commande qui est localisé dans le SNC et qui permet d’adapter le fonctionnement
de la pompe ventilatoire aux besoins métabolique de l’organisme
II. Transport des gaz dans le sang
A. Généralités
Le sang, dans le cadre du transport des gaz, permet de transporter l’oxygène d’un milieu externe (riche
en O2 et pauvre en CO2) vers un milieu interne (pauvre en O2 mais riche en CO2) qui présente un pH acide.
Ce pH est acide car au niveau des cellules, là où se réalise la production d’ATP, il existe une production d’acide
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lié à la production d’acide lactique (glycolyse anaérobie) et aussi lié à la production de CO 2 qui se comporte
comme un acide faible.
Dans un liquide, les gaz sont présents sous forme :
- Dissoute (gaz présent sous sa forme native)
- Combinée :
o A un transporteur (via une liaison non covalente)
o Ou après une réaction chimique (via une liaison covalente)
Seule la forme dissoute détermine la pression partielle de ce gaz et participe aux échanges
gazeux.
La quantité de gaz dissous dépend :
- De sa solubilité
- De sa pression partielle
- De la pression atmosphérique
Vgaz dissous = Solubilité . Pgaz / Patm.
B. Contenu sanguin en O2
L’oxygène dans le sang est présent sous forme :
- Lié à l’hémoglobine :
o Principale protéine des hématies
o C’est une métalloprotéine car contient
un atome de fer
o C’est un transporteur de l’oxygène
o 1 molécule d’hémoglobine permet de fixer 4 molécules d’oxygène
- Dissous
L’oxygène est peu soluble la forme dissoute n’en représente qu’une toute petite partie (2-3%).
En conditions physiologiques, l’O2 est majoritairement transporté lié à l’hémoglobine.
Donc la quantité d’oxygène dans le sang = somme de l’oxygène lié à l’hémoglobine et l’oxygène dissous.
Le pouvoir oxyphorique de l’hémoglobine est une constante qui représente la quantité maximale
d’oxygène qui peut être lié par l’hémoglobine et que l’on exprime en mL de gaz /g d’hémoglobine/dL de
sang.
Exercice :
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C. Courbe de dissociation de l’hémoglobine
Le principe déterminant de la quantité d’O2 lié à l’Hg est la saturation de l’Hb.
La saturation de l’hémoglobine décrit le nombre de molécules d’O2 liées rapporté au nombre de sites de
liaisons.
C’est une fraction comprise entre 0 et 100%.
Cette courbe de dissociation de l’Hb n’est pas une droite.
Sur la courbe, on observe que :
Quand la pression partielle en oxygène dépasse les 70 mmHg, on a une saturation de l’Hb quasi
complète, très proche de 100%.
Quand la pression partielle est inférieure à 70mmHg, on observe qu’une toute petite variation de la
pression partielle en O2 pour que la saturation de l’Hb diminue de manière importante
Quand la PpO2 diminue, en dessous de 60mmHg, l’oxygène lié à l’hémoglobine va se libérer pour diminuer la
saturation.
Au niveau des poumons, la PpO2 est max donc l’hémoglobine va se charger (100%) puis quand
l’hémoglobine est transportée par le sang dans les tissus, là où la PpO2 est faible, celle-ci va libérer ses
molécules d’oxygène pour qu’elles soient consommée par les tissus.
La courbe de dissociation de l’hémoglobine, qui décrit l’affinité de l’hémoglobine pour l’oxygène, elle peut se
modifier en fonction des conditions de l’environnement :
- Modifier par la pression partielle de CO2
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