C11

Question 1

Comment faire face à un manque d’eau ?

Answer 1

 Tolérer d’être déshydraté = Dormance

 Rester hydraté :
> Obtenir l’eau → Boire + Eau métabolique
> Retenir l’eau → Terrier
> Récupérer l’eau → Respiration

Question 2

Osmose

Answer 2

 L’eau diffuse à travers les membranes dans le sens du gradient de concentration, vers les solutions plus concentrées
 Les solutés diffusent dans le sens inverse du gradient de concentration (= vers les solutions moins concentrées)
–> Le maintien de l’équilibre osmotique est vital pour les êtres vivants !!!

 Solvant: molécule la plus abondante dans un liquide (= eau chez les organismes vivants)
 Solutés: autres molécules dissoutes dans un liquide
 Solution = Solvant + Solutés

Question 3

Osmolarité et Pression osmotique

Answer 3

Osmolarité: nombre total de particules de solutés dissoutes dans 1 litre de solution = capacité d’une solution à induire le mouvement de l’eau à travers une membrane

Pression osmotique: force exercée au sein d’un liquide sur une paroi par de grosses molécules ne pouvant diffuser

Question 4

Membrane plasmique semi-perméable

Answer 4

Laisse passer l’eau seulement = retient les ions
 ≠ Défis ioniques & osmotiques rencontrés par
les organismes vivants selon leur environnement
 Milieu marin
 Milieu d’eau douce
 Milieu terrestre

Question 5

Transport membranaire & Tonicité

Answer 5

En milieu marin (= Hyper-osmotique), les organismes doivent:
 obtenir de l’eau dans le sens inverse du gradient osmotique
 excréter les solutés en surplus dans le sens inverse du gradient électrochimique

En milieu d’eau douce (= Hypo-osmotique), les organismes doivent :
 obtenir des solutés dans le sens inverse du gradient électrochimique
 excréter l’eau en surplus dans le sens inverse du gradient osmotique

Tonicité :
 Capacité d’une solution de modifier le tonus ou la forme des cellules en agissant sur leur volume d’eau interne (= en provoquant le flux osmotique d’eau)
–> Solution isotonique, hypertonique, hypotonique

Question 6

Importance de l’environnement extérieur

Answer 6

 Environnement marin→ gain d’ions & perte d’eau
 Environnement d’eau douce → perte d’ions & gain d’eau
 Environnement terrestre → perte d’eau

–> les animaux exploitant plus d’un environnement doivent être capables d’ajuster leurs mécanismes homéostatiques selon le milieu utilisé

Question 7

Importance des tissus épithéliaux dans la régulation hydrominérale

Answer 7

Rôle = former une frontière entre l’animal et son environnement
 Surfaces externes: peau, branchies…
 Surfaces externes “internalisées”: système digestif

≠ combinaisons de tissus épithéliaux permettant de contrôler la balance ionique et osmotique face à des environnements internes et externes variés:
 Reins
 Branchies
 Peau
 Muqueuse digestive

–> Les animaux maintiennent un profil de soluté dans leurs fluides intra- et extra-cellulaires grâce à la barrière formée par leurs tissus épithéliaux

Question 8

Contrôle du transport passif

Answer 8

Aquaporine: Protéine transmembranaire formant des canaux aqueux que les molécules d’eau empruntent pour traverser la membrane plasmique

 1 cellule épithéliale avec des aquaporines ↑ de 100 fois sa perméabilité à l’eau
 permettent à 1 milliard de molécules d’eau de traverser les membranes d’un organisme à chaque seconde

–> Contrôle du nombre d’aquaporines sur les cellules
= Contrôle du passage des molécules d’eau

Question 9

Surfaces externes recouvertes d’une couche épaisse hydrophobe

Answer 9

Mucus:
Sécrétion extracellulaire de type liquide visqueux épais constitué de mucopolysaccharides (=glycosaminoglycanes), 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: grenouilles)

–> La mucine recouvre les tissus épithéliaux
= Protection & Lubrification de l’épithélium

Couche cornée constituée de kératine:
 Kératinocytes: cellules de la peau qui sécrètent des protéines et des lipides modifiés
> chez les Amphibiens terrestres & Amniotes
 Cornéocytes & Stratum corneum: Couche additionnelle formée de cornéocytes (= kératinocytes modifiés)
> chez les Amniotes uniquement

–> La kératine recouvre les tissus épidermiques
= Protection & Imperméabilisation de l’épiderme

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 & Crustacés
> La chitine, constituant principal de la cuticule est un polysaccharide synthétisé par l’épiderme qui cristallise et s’associe à des lipides & protéines → Dur & Imperméable
> recouvert d’une couche de cire

–> La chitine recouvre les tissus épidermiques des Insectes
 Soutien du corps & Insertion des muscles
 Protection & Imperméabilisation

Question 10

3 Propriétés des tissus épithéliaux affectant les mouvements des ions

Answer 10

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

–> Tissu constitué de plusieurs types cellulaires aux rôles différents :
 transporteur
 structural

Question 11

Les sources d’eau

Answer 11

• Ingestion d’eau
 Ingestion & Absorption d’eau liquide: Ingestion d’eau douce (seules quelques espèces sont capables d’ingérer de l’eau salée)
 Ingestion d’eau incluse dans la diète : Ingestion d’eau des tissus animaux et végétaux de la diète

• Production d’eau métabolique
 Eau métabolique: Eau produite par le catabolisme (= oxydation) de molécules contenant de l’énergie tel que les glucides, les lipides et les protéines
> Exemple du catabolisme du glucose: C6H12O6 + 6 O2 → 6C O2 + 6 H2O

 Pertes obligatoires d’eau associées au catabolisme :
> Respiration (pour obtenir O2)
> Excrétion des produits du catabolisme dans l’urine et les fèces

Question 12

Importance de l’hydratation

Answer 12

Besoin vital de solubiliser un grand nombre d’ions et de métabolites nécessaires pour le fonctionnement cellulaire

Un changement de concentration ionique dans les cellules affecte :
 Structure & Fonctions 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 13

Régulation ionique

Answer 13

Contrôle de la composition ionique des fluides corporels
> aussi nommée régulation minérale

2 stratégies de régulation ionique
• Ionoconformateur
 Contrôle peu le profil ionique de l’environnement du fluide extracellulaire
 Ressemble à celui de l’eau salée (concentrations similaires de Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42-)
 Seulement chez les animaux marins (ex: Cnidaires, Ascidies, Vertébrés primitifs (Mixines))

• Ionorégulateur
 Contrôle le profil ionique de l’environnement du fluide extracellulaire
 Reste stable = optimise l’action des macromolécules cellulaires
 La plupart des Vertébrés

Question 14

Régulation osmotique

Answer 14

Contrôle des gradients osmotiques par mouvement de solvant à travers les membranes
= mouvement de l’eau dans les tissus
> aussi nommée régulation hydrique

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 & Vertébrés d’eau douce
 la plupart des Vertébrés marins

Question 15

2 degrés de tolérance des changements de l’osmolarité externe

Answer 15

Organisme sténohalin = tolérance limitée
 Ne peut tolérer qu’une 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 /osmoconformeur) et la tolérance (sténohalin/euryhalin) d’un organisme

Question 16

Ammonium & Métabolisme des acides aminés

Answer 16

Acides aminés = Squelette carboné + Ions ammonium
 La dégradation d’acides aminés entraîne la libération d’ions ammonium
 L’ammonium produit durant la dégradation des acides aminés est un soluté toxique

L’ammonium est toxique et ne peut être stocké dans l’organisme
 Doit être excrété en solution diluée (→ résulte en une perte d’eau de l’organisme)
 Stratégies alternatives :
> Production d’autres déchets azotés par un processus nécessitant de l’énergie
> Obtention de déchets stockables dans l’organisme en plus grande quantité

Question 17

3 stratégies d’excrétion des déchets azotés

Answer 17

Considérations évolutives
 Chaque taxon animal utilise une stratégie principale, variant en fonction de son environnement
 Animaux aquatiques
> Ammonium
 Animaux terrestres
> Acide urique & Urée

Considérations écologiques
 Certaines espèces d’un taxon donné utilisent une stratégie alternative
–> Ex: certains poissons osseux sont uréotèles
 Certaines espèces utilisent différentes
stratégies durant leur développement
–> Ex: la plupart des amphibiens sont :
- ammoniotèles au stade larvaire
- uréotèles au stade adulte

Question 18

Ammoniotélie

Answer 18

 Stratégie d’excrétion azotée utilisant (à + de 50%) l’ion ammonium ou l’ammoniac
 stratégie ancestrale : Invertébrés marins & Nombreux animaux aquatiques

Mécanismes
 Ammonium (NH4+): passe par des échangeurs spécifiques
 Ammoniac (NH3): diffuse passivement à travers la membrane à un rythme modéré

Site d’excrétion
 Branchies
 Surface du corps

Question 19

Avantages & Désavantages de l’Ammoniotélie

Answer 19

Avantages
 Peu coûteux énergétiquement
 L’ammonium est très soluble dans l’eau (solubilité 800 fois supérieure à celle de CO2)

Désavantages
 Demande une grande quantité d’eau pour l’excrétion
 Très toxique  doit être excrété rapidement à mesure qu’il est formé

Question 20

Uricotélie

Answer 20

 Stratégie d’excrétion azotée utilisant (à + de 50%) l’acide urique
 stratégie #1 des animaux terrestres

Question 21

Avantages & Désavantages de l’Uricotélie

Answer 21

Avantages
 Peu toxique même lorsque accumulé par l’organisme
 L’acide urique est peu soluble dans l’eau → accumulation possible si nécessaire
 Minimise les pertes d’eau car excrétion sous forme de cristaux blancs anhydriques

Désavantages
 Très couteux énergétiquement
 « Cascade biochimique universelle » utilisée pour la dégradation des nucléotides

Question 22

Convergence évolutive de l’Uricotélie

Answer 22

 Vertébrés : oiseaux, lézards, serpents, certaines tortues
> production d’acide urique

 Invertébrés :
- Insectes
> production d’acide urique/allantoïne/acide allantoïque
- Mollusques
> production d’acide urique
- Arachnidés
> production de guanine

–> l’uricotélie est la stratégie #1 des animaux terrestres
 évolutions indépendantes possibles
 différents produits d’excrétion selon le taxon/l’espèce

Question 23

Uréotélie

Answer 23

Stratégie d’excrétion azotée utilisant (à + de 50%) l’urée

–>L’uréotélie est la 2è stratégie des animaux terrestres
 presque tous les Mammifères
 certaines espèces d’autres taxons (ex: amphibiens terrestres adultes)

Question 24

Avantages & Désavantages de l’Uréotélie

Answer 24

Avantages
 Peu toxique comparé à l’ammonium (mais plus que l’acide urique)
 Moins couteux énergétiquement que la production d’acide urique (mais plus que l’ammonium)
> cascade du cycle de l’ornithine-urée
> actions de plusieurs 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 pour l’ammonium)
 Urée = soluté perturbateur = effets sur la structure & fonctions des macromolécules

Question 25

Comparaisons des stratégies

Answer 25

Les stratégies sont souvent associées à un environnement particulier dans 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 26

Mode d’excrétion & Conditions environnementales

Answer 26

Tilapia du lac Magadi :
 La diffusion du NH3 par les branchies est très inefficace dans cette eau si alcaline
 Uréotèle: excrète l’urée produite par ses branchies

Dipneustes Protopterus:
 Estivation dans 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 27

Mode d’excrétion & Stades de vie

Answer 27

 Tétard amphibien → vie aquatique → ammoniotèle

 Adulte amphibien → vie terrestre → uréotèle

Question 28

Régulation ionique et osmotique des animaux aquatiques

Answer 28

Eau douce:
 Pas d’absorption d’eau
 Urine diluée
 Réabsorptions ioniques par différents mécanismes
> branchies, reins, tube digestif
–> empêcher entrée d’eau & perte de sels

Eau salée:
 Absorption d’eau
 Urine concentrée
 Éliminations ioniques par différents mécanismes
> branchies, reins, tube digestif
–> empêcher entrée de sels & perte d’eau

Question 29

Importance des branchies des Poissons

Answer 29

• Poissons d’eau douce
 Cellules chaussées (= Pavement cells = PNA- cells)
> absorption des ions Na+
 Cellules à chlorure (= PNA+ cells)
> absorption des ions Cl- & Ca2+

Problèmes :
 Entrée d’eau (osmose)
 Sortie d’ions (diffusion)

Solutions :
 Pas d’absorption d’eau
 Production d’une grande quantité
d’urine hypoosmotique
 Réabsorptions ioniques (ex: branchies)

–> transports actifs de sels vers l’organisme

• Poissons d’eau salée
 Cellules chaussées (= Pavement cells)
> excrétion des ions Na+
 Cellules à chlorure
> excrétion des ions Cl

Problèmes :
 Entrée d’ions (diffusion)
 Sortie d’eau (osmose)

Solutions :
 Absorption d’eau (+ ions)
 Production d’une petite quantité
d’urine riche en ions
 Excrétions ioniques (ex: branchies)

–> transports actifs de sels hors de l’organisme

Question 30

Importance des glandes à sel des Vertébrés marins

Answer 30

 Flux sanguin du capillaire adjacent dirigé dans le sens contraire (« contre-courant ») de la sécrétion du tubule
 La sécrétion produite devient plus concentrée à mesure qu’elle se dirige vers la sortie du tubule
 Sécrétions hypersalines se formant dans des tubules
sécréteurs qui se vident dans les canaux récolteurs

–> transports actifs de sels hors de l’organisme

Question 31

Stratégies pour minimiser les pertes d’eau

Answer 31

 Modifier la perméabilité des téguments
> Évaporation cutanée: Épithélium kératinisé étanche
> Évaporation par la respiration: Invaginations des structures respiratoires
– Vertébrés: poumons
– Insectes: système de trachées
– Mollusques (Escargots): cavité interne du manteau = « poumon »
 Fuir les conditions de stress hydrique: Estivation & Dormance
 Modifier l’urine: Urine concentrée

Stratégies pour obtenir davantage d’eau
 Comportements
 Eau métabolique

Question 32

Invaginations des structures respiratoires

Answer 32

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

Pertes d’eau & Respiration chez les animaux endothermes
 Inspiration → L’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 → L’air passe par le conduit respiratoire vers l’extérieur et :
- L’air qui ressort se refroidit
- L’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 & eau corporelles

Question 33

Fuir les conditions de stress hydrique

Answer 33

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 plus 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 34

Modifier l’urine

Answer 34

Diminuer la quantité de solvant dans l’urine
 Les animaux terrestres excrètent dans 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

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