Évolution de la régulation hydrominérale

Question 1

Organismes = solutions aqueuses

Answer 1

Eau et êtres vivants: 40% protéine, lipide, os et 60% eau
-Org unicellulaires: individus séparés du milieu ext par leur membrane plasmique
-Org multicellulaires: individus séparés de l’environn par des membranes + ou - perméables

*Eau = constituant principal des êtres vivants

Comment faire face à un manque d’eau ?
-Tolérer d’être déshydraté = dormance
-Rester hydraté:
Obtenir l’eau = boire + eau métabolique
Retenir l’eau = terrier
Récupérer l’eau = respiration

Question 2

Osmose et transport membranaire (solvant, solutés, sol’n et osmolarité)

Answer 2

Définitions et principes généraux:
-Solvant: molécule la + abondante ds un liquide (eau chez org vivants)
-Solutés: autres molécules dissoutes ds un liquide
-Sol’n: solvant + solutés
-Osmolarité: nb total de particules de solutés dissoutes ds 1 L de sol’n = capacité d’une sol’n à induire le mouv de l’eau à travers une membrane

Question 3

Osmose et transport membranaire (osmose)

Answer 3

Osmose:
-L’eau diffuse à travers membranes ds sens du gradient de concentration, vers sol’n + concentrés
-Solutés diffusent ds sens inverse du gradient de concentration (vers sol’n - concentrées)
*Maintien de l’équilibre osmotique est vital pour les êtres vivants

Question 4

Osmose et transport membranaire (Pression osmotique)

Answer 4

Pression osmotique: force exercée au sein d’un liquide sur une paroi par de grosses molécules ne pouvant diffuser
*Membrane plasmique semi-perméable (laisse passer eau seulement = retient ions)
*Différents défis ioniques et osmotiques recontrés par org vivants selon leur environn:
Milieu marin
Milieu d’eau douce
Milieu terrestre

Question 5

Osmose et transport membranaire (osmolarité et tonicité)

Answer 5

Osmolarité et tonicité
En milieu marin (hyper-osmotique), les org doivent:
-Obtenir de l’eau ds sens inverse du gradient osmotique
-Excréter les solutés en surplus ds sens inverse du gradient électrochm

En milieu d’eau douce (hypo-osmotique), les orgs doivent:
-Obtenir des solutés ds sens inverse du gradient électrochm
-Excréter eau en surplus ds sens inverse du gradient osmotique

Tonicité:
Capacité d’une sol’n de modifier le tonus ou la forme des cellules en agissant sur leur volume d’eau interne (en provoquant flux osmotique d’eau)

Question 6

Différents défis ioniques et osmotiques

Answer 6

Importance de l’environn ext:
-Environnement marin = gain d’ions et perte d’eau
-Environnement d’eau douce = perte d’ions et gain d’eau
-Environnement terrestre = perte d’eau
*animaux exploitant + d’un environn doivent être capables d’ajuster leurs mécanismes homéostatiques selon le milieu utilisé

Question 7

Évolution du système de régulation hydrominérale

Answer 7

Cellules en aggrégation = formation des couches tissulaires = production d’un tissu épithélial = contrôle partiel de la composition ionique du fluide extracellulaire (poissons cartilagineux) = contrôle de la composition ionique et osmotique du fluide extracellulaire (poissons osseux) = invasion de l’eau douce (poissons osseux) = invasion du milieu terrestre (invertébrés) = invasion du milieu terrestre (vertébrés)

Question 8

Expliquer l’importance dans la régulation hydrominérale

Answer 8

Caractéristiques:
Rôle: former une frontière entre l’animal et son environnement
-Surfaces externes: peau, branchies
-Surface externes “internalisées”: système digestif

Différentes combinaisons de tissu épithélium permettant de contrôler la balance ionique et osmotique face à des environnements internes et externes variées:
-Reins
-Branchies
-Peau
-Muqueuse digestive

*Animaux maintiennent un profil de soluté dans leurs fluides intra et extra cellulaires grâce à la barrière formée par leurs tissus épithéliaux

Question 9

Tissus épithéliaux - Barrière protectrice (contrôle du transport passif)

Answer 9

Contrôle du transport passif
Aquaporine: protéine transmembranaire formant des canaux aqueux que les molécules d’eau empruntent pour traverser la membrane plasmique
-1 cellule épithéliale avec des aquaporines augmente de 100 fois sa perméabilité à l’eau
-Permettent à 1 milliard de molécules d’eau de traverser les membranes d’un org à chaque seconde

*Contrôle du nb d’aquaporine sur les cellules = contrôle du passage des molécules d’eau

Question 10

Tissus épithéliaux - Barrière protectrice (Mucus)

Answer 10

Surfaces externes recouvertes d’une couche épaisse hydrophobe
Mucus: sécrétion extracellulaire de type liquide visqueux épais constitué de mucopolysaccharides (=glucosaminoglycanes), de lipides et de protéines
-Humidifie et protège la surface des tissus épithéliaux
Exemples:
-Surface des poumons et du tractus gastro-intestinal
-Peau d’animaux semiaquatiques (ex: grenouille)

*Mucine recouvre les tissus épithéliaux = protection et lubrification de l’épithélium

Question 11

Tissus épithéliaux - Barrière protectrice (Couche cornée de kératine)

Answer 11

Surfaces externes recouvertes d’une couche épaisse hydrophobe
Couche cornée constituée de kératine:
Kératinocytes: cellules de la peau qui sécrètent des protéines et des lipides modifiés
Chez les Amphibiens terrestres et Amniotes

Cornéocytes et stratum corneum: couche additionnelle formée de cornéocytes (kératinocytes modifiés)
Chez les Amniotes seulement

*Kératine recouvre les tissus épidermiques = protection et imperméabilisation de l’épiderme

Question 12

Tissus épithéliaux - Barrière protectrice (Cuticule de chitine)

Answer 12

Surfaces externes recouvertes d’une couche épaisse hydrophobe
Cuticule constituée de chitine:
Cuticule: réseau complexe de molécules hydrophobes recouvrant toutes les surfaces externes des Arthropodes, incluant leurs surfaces trachéales et digestives
Chez les Insectes et les Crustacés

Chitine, constituant principal de la cuticule est un polysaccharide synthétisé par l’épiderme qui cristallise et s’associe à des lipides et protéines = dur et imperméable
Recouvert d’une couche de cire

*Chitine recouvre les tissus épidermiques des Insectes
-Soutien du corps et insertion des muscles
-Protection et imperméabilisation

Question 13

Expliquer l’importance dans le mouvement des ions

Answer 13

3 propriétés affectant les mouvements des ions:
1.Distribution asymétrique des transporteurs membranaires
-Sur les membranes apicales et basales
-Solutés transportés sélectivement à travers ces 2 membranes
2.Cellules interconnectés par jonctions serrées
-Couche imperméable
-Peu de fuites entre les cellules
3.Mitochondries abondantes
-Dépenses énergétiques importantes

*Tissu constitué de pls types cellulaires aux rôles différents:
Transporteur, structural

Question 14

Gestion de l’eau (ingestion d’eau)

Answer 14

Ingestion d’eau
Ingestion et absorption d’eau liquide: ingestion d’eau douce (seules qq sp sont capables d’ingérer de l’eau salée)
Ingestion d’eau incluse ds la diète: ingestion d’eau des tissus animaux et végétaux de la diète

Question 15

Gestion de l’eau (production d’eau métabolique)

Answer 15

Production d’eau métabolique
Eau métabolique: eau produite par le catabolisme (oxydation) de molécules contenant de l’É tel que les glucides, les lipides et les protéines
Exemple du catabolisme du glucose: C6H12O6+6 O2 = 6CO2+ 6 H2O
Perte obligatoires d’eau associées au catabolisme:
-Respiration (pour obtenir O2)
-Excrétion des produits du catabolisme ds l’urine et les fèces

Question 16

Gestion de l’eau (Importance de l’hydratation)

Answer 16

Importance de l’hydratation:
Besoin vital de solubiliser un grand nb d’ions et de métabolites nécessaires pour le fxnement cellulaire

Un chgt de concentration ionique ds cellules affecte:
-Structure et fx des macromolécules
-Volume des cellules (gonflement ou contraction): mort cellulaire, bris des interactions intercellulaires, perturbation du flux sanguin

*3 processus homéostatiques utilisés:
-Régulation ionique
-Régulation osmotique
-Excrétion d’azote

Question 17

Gestion de l’eau (Régulation ionique)

Answer 17

Régulation ionique
Définition: contrôle de la composition ionique des fluides corporels = aussi nommée régulation minérale

Question 18

Différencier les 2 stratégies de régulation ionique

Answer 18

2 stratégies de régulation ionique:
Ionoconformateur:
-Contrôle peu le profil ionique de l’environn du fluide extracellulaire
-Ressemble à celui de l’eau salée (concentrations similaires de Na, Ca, Mg, Cl, SO4)
-Seulement chez les animaux marins (ex: Cnidaires, Ascidies, Vertébrés primitifs (Mixines))
Ionorégulateur:
-Contrôle le profil ionique de l’environn du fluide extracellulaire
-Reste stable = optimise l’action des macromolécules cellulaires
-La plupart des Vertébrés

Question 19

Gestion de l’eau (Régulation osmotique)

Answer 19

Régulation osmotique
Définition: contrôle des gradients osmotiques par mouv de solvant à travers les membranes = mouv de l’eau dans les tissus
-Aussi nommée régulation hydrique

Question 20

Différencier les 2 stratégies de régulation osmotique

Answer 20

2 stratégies de régulation osmotique:
Osmoconformateur:
-Osmolarité interne et externe similaires
-Certains Invertébrés marins (ex: Mollusques)
-Certains Vertébrés marins (ex: Chondrichtiens)

Osmorégulateur:
-Osmolarité interne constante et indépendante de l’environnement externe
-Les Invertébrés et Vertébrés d’eau douce
-La plupart des Vertébrés marins

Question 21

Différencier les 2 degrés de tolérance des chgts de l’osmolarité externe

Answer 21

2 degrés de tolérance des chgts de l’osmolarité externe:
Organisme sténohalin = tolérance limitée
-Ne peut tolérer qu’un faible étendue de concentrations ioniques
Organisme euryhalin = tolérance étendue
-Peut tolérer une grande étendue de concentrations ioniques
*Pas de lien entre la stratégie de régulation (osmorégulateur/ osmoconformateur) et la tolérance (sténohalin/ euryhalin) d’un org

Question 22

Excrétion azotée (ammonium et métabolisme des AA)

Answer 22

Ammonium et métabolisme des AA
Acides aminés = squelette carboné + ions ammonium
-Dégradation d’AA entraîne la libération d’ions ammonium
-Ammonium produit durant la dégradation des AA est un soluté toxique

Ammonium est toxique et ne peut être stocké ds l’org
-Doit être excrété en sol’n diluée (résulte en une perte d’eau de l’org)
-Stratégies alternatives:
Production d’autres déchets azotés par un processus nécessitant de l’É
Obtention de déchets stockables ds l’org en + grande qté

Question 23

Excrétion azotée (3 stratégies d’excrétion des déchets azotés)

Answer 23

3 stratégies d’excrétion des déchets azotés
Considérations évolutives:
Chaque taxon animal utilise une stratégie principale, variant en fx de son environn
Animaux aquatiques: ammonium
Animaux terrestres: acide urique et urée

Considérations écologiques:
Certaines sp d’un taxon donné utilisent une stratégie alternative
Ex: certains poissons osseux sont uréotèles
Certaines sp utilisent différentes stratégies durant leur développement
Ex: la plupart des amphibiens sont:
Ammoniotèles au stade larvaire
Uréotèles au stade adulte

Question 24

Ammoniotélie (définition et caractéristiques)

Answer 24

Définition:
Stratégie d’excrétion azotée utilisant (à + de 50%) l’ion ammonium ou l’ammoniac
Stratégie ancestrale: invertébrés marins et nbreux animaux aquatiques

Mécanismes:
Ammonium (NH4): passe par échangeurs spécifiques
Ammoniac (NH3): diffuse passivement à travers la membrane à un rythme modéré
Site d’excrétion:
-Branchies
-Surface du corps

Question 25

Ammoniotélie (Avantages et désavantages)

Answer 25

Avantages et désavantages
Avantages:
Peu couteux énergétiquement
Ammonium est très soluble ds l’eau (solubilité 800 fois supérieure à celle de CO2)

Désavantages:
Demande une grande qté d’eau pour l’excrétion
Très toxique = doit être excrété rapidement à mesure qu’il est formé

Question 26

Uricotélie (définition et caractéristiques)

Answer 26

Définition et caractéristiques
Définition:
Stratégie d’excrétion azotée utilisant (à + de 50%) l’acide urique
Stratégie #1 des animaux terrestres

Question 27

Uricotélie (Avantages et désavantages)

Answer 27

Avantages et désavantages
Avantages:
Peu toxique même lorsque accumulé par l’org
L’acide urique est peu soluble ds l’eau = accumulation possible si nécessaire
Minimise les pertes d’eau car excrétion sous forme de cristaux blancs anhydriques

Désavantages:
Très couteux énergétiquement
“Cascade biochm universelle” utilisée pour la dégradation des nucléotides

Question 28

Uricotélie (convergence évolutive)

Answer 28

Convergence évolutive
Vertébrés: oiseaux, lézards, serpents, certaines tortues
=Production d’acide urique

Invertébrés:
Insectes: production d’acide urique/ allantoine/ acide allantoique
Mollusques: production d’acide urique
Arachnidés: production de guanine

*Uricotélie est la stratégie #1 des animaux terrestres:
Évolutions indépendantes possibles
Différents produits d’excrétion selon le taxon/ l’sp
* stratégie dépense bcp d’É et bcp de rx et prend pls enzymes

Question 29

Uréotélie (définition et caractéristiques)

Answer 29

Définition et caractéristiques
Définition:
Stratégie d’excrétion azotée utilisant (à + de 50%) l’urée

Question 30

Uréotélie (Avantages et désavantages)

Answer 30

Avantages et désavantages
Avantages:
Peu toxique comparé à l’ammonium (mais + que l’acide urique)
Moins couteux énergétiquement que la production d’acide urique (mais + que l’ammonium)
-Cascade du cycle de l’ornithine-urée
-Actions de pls enzymes et de transporteurs de substrat à travers la membrane mitochondriale
Diffusion facilitée à travers les membranes plasmiques

Désavantages:
Demande de l’eau pour l’excrétion (mais moins que l’ammonium)
Urée = soluté perturbateur = effets sur la structure et fx des macromolécules

*Uréotélie est la 2e stratégie des animaux terrestres:
-Presque tous les Mammifères
-Certaines sp d’autres taxons (ex: amphibiens terrestres adultes)

Question 31

Excrétion azotée (comparaisons des stratégies- considérations évolutives)

Answer 31

Considérations évolutives:
Stratégies sont souvent associées à un environnement particulier ds lequel l’un ou l’autre coût est minimisé

Pourquoi la quasi-totalité des mammifères n’est pas uricotèle?
Ces mammifères expriment des gènes que possèdent aussi les autres Vertébrés
Reins = champions de la concentration de l’urée

Question 32

Excrétion azotée (comparaisons des stratégies- mode d’excrétion et conditions environnementales)

Answer 32

Mode d’excrétion et conditions environnementales:
Tilapia du lac Magadi:
-Diffusion du NH3, par les branchies est très inefficace ds cette eau si alcaline
-Uréotèle: excrète l’urée produite par ses branchies

Dipneustes Protopterus:
-Estivation ds un cocon de mucus durant les périodes de sécheresse
-Modification de la stratégie d’excrétion = évitement de l’accumulation d’ammonium
-Uréotèle: accumule l’urée produite

Escargot “indian apple snail”:
-Animal amphibie capable de changer de mode d’excrétion selon son environnement
-Uricotèle en environnement terrestre
-Ammoniotèle en environnement aquatique

Question 33

Excrétion azotée (comparaisons des stratégies- mode d’excrétion et stades de vie)

Answer 33

Mode d’excrétion et stades de vie:
Tétard d’amphibien: vie aquatique = ammoniotèle
Adulte amphibien: vie terrestre = uréotèle

Question 34

Animaux aquatiques (différents milieux = différentes problématiques)

Answer 34

Différents milieux = différentes problématiques
Eau douce:
Pas d’absorption d’eau
Urine diluée
Réabsorption ioniques par différents mécanismes: branchies, reins, tube digestif
*Empêcher entrée d’eau et perte de sels

Eau marine:
Absorption d’eau
Urine concentrée
Éliminations ioniques par différents mécanismes:
branchies, reins, tube digestif
*Empêcher entrée de sels et perte d’eau

Question 35

Animaux aquatiques (importance des branchies des Poissons)

Answer 35

Importance des branchies des Poissons
Poissons d’eau douce:
-Cellules chaussées (pavement cells= PNA-cells)
absorption des ions Na
-Cellules à chlorure (PNA+cells)
abssorptiondes ions Cl et Ca

Poissons d’eau salée:
-Cellules chaussées (pavement cells)
excrétion des ions Na
-Cellules à chlorure
excrétion des ions Cl

*Transport actif d’eau et de sels dans ou hors de l’org

Question 36

Animaux aquatiques (importance des branchies des Poissons- poissons d’eau douce)

Answer 36

Importance des branchies des Poissons
Poissons d’eau douce
Problèmes:
-Entrée d’eau (osmose)
-Sortie d’ions (diffusion)
Solutions:
-Pas d’absorption d’eau
-Production d’une grande qté d’urine hypoosmotique
-Réabsorptions ioniques (ex: branchies)

Cellules chaussées: diminution concentration Na à l’int de la cellule pour faire entre Na. Utilise ATP pour créer un gradient
Cellules à chlorure: H doit sortir pour que la rx se produise (en utilisant ATP)
*Transport actifs sec de sels vers l’org

Question 37

Animaux aquatiques (importance des branchies des Poissons- poissons d’eau marine)

Answer 37

Importance des branchies des Poissons
Poissons d’eau marine
Problèmes:
-Entrée d’ions (diffusion)
-Sortie d’eau (osmose)
Solutions:
-Absorption d’eau (+ ions)
-Production d’une petite qté d’urine riche en ions
-Excrétions ioniques (ex: branchies)

Accumulation de Na à l’ext de la cellule fait sortir le Na par les jonctions serrées qui s’ouvrent pour les laisser passer

*Transport actifs sec de sels hors de l’org

Question 38

Animaux aquatiques (importance des glandes à sel des Vertébrés marins)

Answer 38

Importance des glandes à sel des Vertébrés marins:
-Flux sanguin du capillaire adjacent dirigé ds le sens contraire (“contre-courant”) de la sécrétion du tubule
-Sécrétion produite devient + concentrée à mesure qu’elle se dirige vers la sortie du tubule
-Sécrétions hypersalines se formant ds des tubules sécréteurs qui se vident ds les canaux récolteurs
-Transports actifs de sels hors de l’org
*taille et activité des glandes s’ajuste en fx du milieu

Question 39

Animaux terrestres (problématiques liées au manque d’eau)

Answer 39

Problématiques liées au manque d’eau:
Stratégies pour minimiser les pertes d’eau:
-Modifier la perméabilité des téguments:
Évaporation cutanée: épithélium kératinisé étanche
Évaporation par la respiration: invaginations des structures respiratoires
*Vertébrés: poumons
*Insectes: système de trachée
*Mollusques (Escargots): cavité interne du manteau = “poumon”
-Fuir les conditions de stress hydrique: estivation et dormance
-Modifier l’urine: urine concentrée

Stratégies pour obtenir davantage d’eau:
-Comportements (boire ou manger)
-Eau métabolique

Question 40

Animaux terrestres (invaginations des structures respiratoires)

Answer 40

Invaginations des structures respiratoires
Contrôle de l’accès de l’air à la membrane respiratoire (nécessairement) humide
-Vertébrés: mouvements respiratoires
-Insectes: contrôle de l’ouverture des stigmates

Perte d’eau et respiration chez les animaux endothermes:
Inspiration = air passe par le conduit respiratoire vers les poumons et:
-Se réchauffe en captant la chaleur des tissus proches qui eux se refroidissent
-Capte aussi l’humidité de ces tissus
Expiration = air passe par le conduit respiratoire vers l’extérieur et:
-Air qui ressort se refroidit
-Humidité de l’air se condense et humidifie l’épithélium du conduit respiratoire
*Échange à contre-courant permettant l’obtention de l’air tout en conservant température et eau corporelles

Question 41

Animaux terrestres (fuir les conditions de stress hydrique)

Answer 41

Fuir les conditions de stress hydrique
Principes de l’estivation:
État de dormance = arrêt total d’activité
-Enfouissement des amphibiens
-Formation de cocon
-Opercule fermé et isolant des escargots
réduction du taux métabolique à - 10% du taux basal d’un animal actif

Avantages de l’estivation:
Demande en O2 réduite = perte + faible par évaporation durant la respiration
Autonomie importante = réserves corporelles suffisantes pour permettre d’assurer les besoins du métabolisme ralenti
Toxicité limitée = déchets métaboliques produits aussi à un rythme ralenti

Question 42

Animaux terrestres (modifier l’urine)

Answer 42

Modifier l’urine
Diminuer la qté de solvant ds l’urine:
-Animaux terrestres excrètent ds leur urine les déchets azotés provenant du catabolisme des protéines
-Si un animal terrestre peut excréter ses déchets azotés sans utiliser d’eau, il va diminuer ses pertes hydriques
-Uricotélie

Question 43

Animaux terrestres (concentrer l’urine)

Answer 43

Concentrer l’urine
Évolution indépendante: Insectes, Oiseaux, Mammifères
Capacité très importante de concentration de l’urine chez les Mammifères:
-Urine des mammifères en général est la + concentrée des Vertébrés
-Importantes variations interspécifiques
-Capacité liée à l’anatomie du rein maximisant les réabsorptions (anse de Henle, etc.)

Question 44

Déséquilibres hydriques

Answer 44

Conséquences de la déshydratation:
1.Sortie d’une qté excessive d’eau du liquide extracellulaire
2.Augmentation de la pression osmotique du liquide extracellulaire
3. Sortie d’eau par osmose des cellules vers le liquide extra-cellulaire; les cellules rétrécissent
Conséquences de l’hydratation hypotonique (surhydratation):
1.Entrée d’une qté excessive d’eau ds liquide extracellulaire
2.Diminution de la pression osmotique du liquide extracellulaire
3.Entrée d’eau par osmose ds les cellules; les cellules gonflent

*Animaux doivent éviter déshydratation et surhydratation nocives au bon fxnement cellulaire des org!