Reins et excrétion

Question 1

Invasion terrestre par les animaux

Answer 1

• il y a eu 4 grandes invasions indépendantes de la terre, au coursdesquelles des principales lignées animales sont passées de la vie aquatique à la vie terrestre
• ces invasions se sont toutes produites sur une période d’environ 100 millions d’années, entre 450 millions et 350 millions d’années
• dans l’éon du Phanerozoique, de l’ère du paléozoïque, surtout dans les périodes du Silurien et du Dévonien

Question 2

4 invasions indépendantes

Answer 2

• Arthropodes : 3 séparées : Myriapodes, Chélicérates, Hexapodes
• Vertébrés
• Mollusques
• Annélides

Question 3

3 grands défis osmotiques de la vie sur terre

Answer 3

• la tendance naturelle à perdre de l’eau à travers la peau / tégument
• la tendance naturelle à perdre de l’eau à travers la surface respiratoire
• la tendance naturelle à perdre de l’eau lors de l’excrétion des déchets métaboliques azotés potentiellement nocifs

Question 4

Les espèces hygrophiles

Answer 4

• qui sont restreintes aux milieux humides et environnements riches en eau (par ex., vers de terre, limaces, la plupart des amphibiens et les crabes terrestres)
• peau est souvent perméable à l’eau donc ils peuvent facilement gagner de l’eau mais aussi en perdre surtout si le milieu est sec

Question 5

Les espèces xérophiles

Answer 5

• qui sont capables de vivre dans des milieux secs et des environnements pauvres en eau (mammifères, oiseaux, reptiles, insectes, etc…)

Question 6

Comment l’eau est perdu?

Answer 6

• pour tous les animaux terrestres, l’évaporation à travers la peau est le principal moyen de perte d’eau

Question 7

Rôle des lipides dans le tégument

Answer 7

• la plupart des animaux terrestres produisent une couche de lipides sur leur surface qui, parce que les lipides sont naturellement hydrophobes, empêchent
  l’eau du corps de s’échapper
• par ex., le stratum corneum des reptiles, la
  cuticule des insectes avec son chitine
• l’exception à cette règle est constituée par les
  espèces hygrophiles, qui ont une peau volontairement perméable
• ainsi, elles perdent facilement de l’eau et doivent vivre dans des environnements humides
• mais les lipides ne sont pas parfaitement perméables, donc il y a toujours une lente perte d’eau entre ces molécules lipidiques et à travers le
  tégument
• cette perte augmente avec la température, ou il y a plus de perte d’eau par évaporation à des
  températures élevées (ils fondent)
• à une certaine température de transition, la perte d’eau par évaporation augmente drastiquement
• en effet, la température de transition correspond au moment où les lipides fondent
• la transition de phase du solide au liquide réduit la structure ordonnée des lipides, ce qui les rend plus
  lâches et plus perméables à l’eau
• la composition lipidique influence aussi la perte d’eau
• les lipides saturés à longue chaîne se tassent plus étroitement et donc constituent une meilleure barrière contre la perte d’eau
• parmi différentes espèces, la composition lipidique dans le tégument varie, ce qui entraîne des
  différences de résistance à la perte d’eau par la peau
• même dans la même espèce, certaines populations peuvent être plus résistantes que d’autres
• la composition lipidique est souvent la raison

Question 8

Perte d’eau à travers la surface respiratoire

Answer 8

• en général, c’est parce que les surfaces respiratoires des animaux terrestres doivent être humides pour permettre à l’O2 de s’y dissoudre et de s’y diffuser
• mais l’ampleur de la perte potentielle d’eau dépend de l’espèce
  
  • certaines espèces font de la respiration cutanée donc ils doivent garder leurs surfaces humides pour l’échange des gaz (perte d’eau sur tout le corps
• en effet, plus la température de l’air est élevée, plus la quantité de vapeur d’eau qu’il contient est importante
• plus la température de l’air est élevée, plus la quantité de vapeur d’eau qu’il contient est importante
• pour faire face à ce problème, de nombreux animaux refroidissent l’air expiré à l’aide d’un système d’échange de chaleur à contre-courant dans le nez
• cela permet à l’humidité de l’air expiré de se condenser dans la cavité nasale, ce qui permet de conserver cette eau dans le corps (fonctionne seulement si on respire par le nez)

Question 9

Taille corporelle et la perte d’eau

Answer 9

• au sein d’un même groupe phylogénétique, les animaux plus petits perdent de l’eau à un taux plus élevé (par rapport à la masse corporelle) que les animaux plus grands
• un phénomène physique: les petits animaux ont un rapport surface/volume plus important que les grands animaux
  
  • donc, par rapport au nombre de cellules, il y a
    une plus grande surface pour perdre de l’eau par évaporation
• un phénomène métabolique: Les petits animaux ont un taux métabolique plus élevé que les grands animaux
  
  • par conséquent, les petits animaux doivent respirer davantage pour obtenir plus d’O2, ce qui signifie qu’ils perdent plus d’eau par la respiration

Question 10

C’est quoi des déchets azotés?

Answer 10

• les sous-produits de la dégradation des protéines et des acides nucléiques dans les organismes
• ces déchets comprennent principalement l’ammoniac, l’urée et l’acide urique
• ils sont potentiellement nocifs car ils peuvent perturber les fonctions cellulaires, sont toxiques pour les tissus et peuvent entraîner des effets physiologiques néfastes s’ils ne sont pas éliminés efficacement de l’organisme

Question 11

Quel est le rapport des déchets azotés avec l’équilibre hydrique?

Answer 11

• selon le composé azoté, il faut beaucoup d’eau pour l’excréter
• donc, la gestion des déchets azotés est une source majeure de perte d’eau
• chacun des composés à ses avantages et désavantages
  
  • certains sont peu coûteux à faire, d’autres sont moins toxiques, et d’autres nécessitent moins de l’eau à excréter
• tous les animaux possèdent les gènes (et donc la capacité de fabriquer) les trois produits, mais la plupart des espèces se spécialisent dans l’un ou
  l’autre

Question 12

Animaux qui excrètent de l’ammoniac

Answer 12

• ammoniotèles
• stratégie ancestrale

Question 13

Animaux qui excrètent de l’urée

Answer 13

• uréotèles
• première stratégie en milieu terrestre

Question 14

Animaux qui excrètent de l’acide urique

Answer 14

• uricotèles

Question 15

Préférence déchets azotés

Answer 15

• la stratégie préférée d’un groupe d’animaux donné dépend en partie du type d’environnement
  qu’il habite
• les animaux aquatiques sont des ammoniotèles
• les animaux terrestres sont des uréotèles et des
  uricotèles
• exceptions :
  
  • certaines espèces d’un groupe donné utilisent une autre stratégie (par ex., le coelacanthe, un poisson, est uréotèle)
  • certaines espèces modifient leur stratégie durant leur développement (par ex., la plupart des amphibiens sont ammoniotèles au stade larvaire et uréotèles au stade adulte)
  • certaines espèces modifient leur stratégie quand leur environnement change (par ex., les poissons à poumons passent d’ammoniotèle à uréotèle quand leur environnement s’assèche)

Question 16

Avantages ammoniotèles

Answer 16

• l’ammonium est très soluble dans
  l’eau
• il a un faible coût énergétique car il n’y a pas de conversion nécessaire en une autre molécule

Question 17

Désavantages ammoniotèles

Answer 17

• très toxiques (doit être excrété rapidement à mesure qu’il est formé par le catabolisme)
• il demande une grande quantité
  d’eau pour l’excrétion

Question 18

Excrétion ammonium et ammoniac

Answer 18

• l’ammonium (et l’ammoniac) peut être
  excrété par les tissus épithéliaux en milieu aquatique
• les sites d’excrétion comprennent les branchies et la surface du corps
• mécanismes différents:
  
  • l’ammoniac diffuse passivement à travers la membrane à un rythme modéré
  • l’ammonium passe par les échangeurs spécifiques

Question 19

Le défi de l’excrétion de l’ammoniac pour la vie terrestre

Answer 19

• si un animal terrestre voulait excréter de
  l’ammonium sur terre, il devrait l’excréter par de grandes quantités d’eau et à chaque fois que de l’ammonium est produit (pas bien pour l’équilibre hydrique de l’espèce)
• lors de l’invasion du milieu terrestre, de nouvelles stratégies ont émergées qui ne demandaient pas autant d’eau

Question 20

Avantages uricotèles

Answer 20

• moins toxique que l’ammoniac, ce qui signifie qu’il peut être accumulé
• ça minimise les pertes d’eau (pas très soluble dans l’eau)

Question 21

Désavantages des uricotèles

Answer 21

• la production d’acide urique coûte beaucoup d’énergie (plusieurs molécules d’ATP et de GTP)

Question 22

Animaux uricotèles

Answer 22

• malgré ces coûts énergétiques, l’uricotélie est la stratégie la plus couramment retrouvée chez les animaux terrestres
• vertébrés: oiseaux, serpents, lézards, certaines tortues
• invertébrés: insectes (acide urique ou allantoine ou acide allantoïque), escargots (acide urique), arachnides (guanine)

Question 23

Mammifères et acide urique

Answer 23

• les primates excrètent de l’acide urique (5% de la production de déchets azotés)
• une mutation qui rend l’enzyme uricase inactive est commune à tous les primates
• un surplus dans le sérum qui précipite dans les articulations est la cause de la goutte

Question 24

Avantages uréotèles

Answer 24

• peu toxique comparée à l’ammonium (donc
  niveaux en circulation peuvent être plus élevés)
• plus coûteuse à produire que l’ammonium mais
  moins que l’acide urique
• hautement soluble dans l’eau et diffuse à travers
  les membranes

Question 25

Désavantages uréotèles

Answer 25

• excrétion nécessite de l’eau (mais moins que pour l’ammonium)
• l’urée est un soluté perturbateur (effet sur certaines protéines ou enzymes, peuvent être positives ou négatives)

Question 26

Animaux uréotélics

Answer 26

• les mammifères, les amphibiens terrestres adulte, quelques espèces de vers plats et de vers de terre

Question 27

Certaines espèces produisent de l’urée pour une autre raison que l’excrétion des déchets azotés

Answer 27

• le coelacanthe utilise l’urée comme osmolyte pour aider à l’osmorégulation en milieu marin
• les crapauds de mer excrètent de l’urée parce que celle-ci interfère avec la capacité des prédateurs de retrouver le crapaud à l’aide de leurs chémosenseur

Question 28

Production d’urée

Answer 28

• produite par la cascade du cycle de l’ornithine-urée: plusieurs enzymes et des transporteurs de substrats à travers la membrane mitochondriale

Question 29

Comparaison des stratégies d’élimination des déchets azotés

Answer 29

• chaque stratégie a un effet différent sur la balance en eau et sur l’énergie utilisée
• les stratégies sont souvent associées à un environnement particulier où l’un ou l’autre coût (besoin en eau ou coût énergétique) est minimisé

Question 30

Graphique comparaison

Answer 30

• diapo 57

Question 31

Les déchets azotés

Answer 31

• après que l’urée et l’acide urique sont produites dans le foie, elles sont transportés vers les reins
• les reins, comme les branchies et les glandes à sel, ont pour fonction fondamentale de réguler la composition des fluides extracellulaires/plasma en enlevant de l’eau, des ions et autres solutés d’une manière contrôlée
• au cours de ce processus, les reins assurent l’homéostasie sanguine, y compris la balance ionique, balance osmotique, pression sanguine, balance pH, excrétion, en structurant la composition d’un seul fluide : l’urine

Question 32

Cortex rénal

Answer 32

• couche externe contenant la majorité des néphrons

Question 33

Médulla rénale

Answer 33

• la région interne divisée en pyramides rénales

Question 34

Pelvis rénal

Answer 34

• structure en forme d’entonnoir qui collecte l’urine et l’achemine cers l’uretère

Question 35

Néphron

Answer 35

• le néphron - un tubule rénal individuel - est l’unité fonctionnelle de base du rein et bénéficie d’un apport sanguin important (beaucoup de capillaires présents)
• les deux reins contiennent des millions de néphrons
• lorsque l’urine quitte le néphron, elle est entièrement formée
• le tubule rénal est essentiellement un tube unique le long duquel l’urine s’écoule et se modifie
  progressivement

Question 36

Trois principaux processus de transport

Answer 36

• filtration glomérulaire: entraînée par les gradients de pression hydrostatique et osmotique (« forces de Starling ») à travers les parois des capillaires glomérulaires et dans la capsule de Bowman
• réabsorption tubulaire: (a) diffusion passive de l’eau, de certains ions et nutriments, (b) transport actif de certains autres ions et nutriments, (c) forces de Starling
• sécrétion tubulaire: principalement transport actif

Question 37

Filtration glomérulaire

Answer 37

• essentiellement, la capsule de Bowman est une
  capsule qui entoure une boule de capillaires
  sanguins appelée glomérule
• les fenestrations dans l’endothélium des capillaires du glomérule facilitent l’écoulement du liquide dans la capsule de Bowman
• environ 20% du plasma circulant dans les
  capillaires glomérulaires est filtré et forme l’urine
  primaire
• tout ce qui se trouve dans le plasma, à l’exception
  des protéines, est filtré, ce qui signifie que toute
  substance qui n’est pas réabsorbée par la suite (par
  exemple, un déchet ou une substance étrangère)
  est excrétée
• c’est à cette étape que l’urée est filtrée du sang et passe dans l’urine

Question 38

Réabsorption tubulaire

Answer 38

• le tubule convexe proximal effectue la
  majeure partie de la réabsorption d’ions
• les substances « précieuses » (par exemple, les ions, H2O, les acides aminés, les acides gras, les vitamines, les hormones) sont réabsorbées
• le tubule contourné distal et les canaux collecteurs sont également importants pour la réabsorption du Na+ et du Cl-. L’anse de Henle, qui est imperméable à tous sauf l’eau, est le principal site de réabsorption de l’eau
• nécessite des mécanismes de transport actifs et passifs
• par conséquent, les reins peuvent représenter 20% du taux métabolique de l’ensemble du corps au repos

Question 39

Réabsorption tubulaire : ex réabsorption du glucose

Answer 39

• le transport actif du Na+ à travers la membrane basolatérale via la Na+/K+ ATPase favorise la diffusion du Na+ dans la cellule à travers la membrane apicale, ce qui peut se produire par co-transport avec le glucose
• le glucose se concentre ainsi dans la cellule épithéliale et se diffuse ensuite hors de la cellule à travers la membrane basolatérale par l’intermédiaire de protéines porteuses de glucose

Question 40

Sécrétion tubulaire

Answer 40

• ce processus est la sécrétion de substances dans l’urine
• relativement peu de substances sont sécrétées dans l’urine à partir du sang (par exemple, H+, K+, urée, ammoniac, acide urique)
• elle se produit principalement dans les tubules convolutés proximaux et distaux

Question 41

Modèles de traitement rénal

Answer 41

• substance X: filtrée et sécrétée, donc totalement éliminée du sang
• substance Y: filtrée et largement mais pas
  complètement réabsorbée (ex., H2O, ions)
• substance Z: filtrée et complètement réabsorbée (ex., la plupart des
  nutriments tels que le glucose
  et les acides aminés)

Question 42

Variation dans les reins des vertébrés

Answer 42

• la structure et les dimensions de chaque région du néphron peuvent varier d’un vertébré à l’autre, mais tous les taxons possèdent des régions spécialisées pour l’absorption et la sécrétion, et des régions homologues sont présentes dans la plupart des groupes

Question 43

Reins des mammifères du désert

Answer 43

• les mammifères du désert (issus de milieux arides) ont des médulla rénales plus épaisses et des anses de Henle plus longues
• l’allongement de l’anse de Henle augmente la capacité des reins à réabsorber l’eau et à concentrer l’urine, ce qui minimise la perte
  d’eau urinaire