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Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:

Lannoye, R. (1968). Relations ioniques et potentiels électriques dans les tissus charnus de Solanum Tuberosum L. (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles.

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(2)

V

UNIVERSITÉ LIBRE DE BRUXELLES

Faculté des Sciences

Service de Physiologie Végétale

R. LANNOYE

Licencié en Sciences Botanhjues(i/.L.B.J

Licencié en Radiobiologie (U.L.B.)

Relations ioniques et potentiels électriques

dans les

tissus charnus de Solanum tuberosum L,

Mémoire présenté pour l’obtention

du grade légal de docteur

en sciences botaniques

r’--'

f • '

Année académique

(3)

UNIVERSITÉ LIBRE DE BRUXELLES

Faculté des Sciences

Service de Physiologie Végétale

R. LANNOYE

Relations ioniques et potentiels électriques

dans les

tissus charnus de

Solanwn tuberosum

L.

Qxsp. d

Mémoire présenté pour Tobtention

du grade légal de docteur

en sciences botaniques

(4)

Table des matières

INTRODUCTION. . ... 4

Ao TRANSPORT IONIQUE o o . . . ... 8

1o Transport ionique passif ... ... 16

2o Transport ionique actif... 19

B. NOTION DE COMPARTIIJBNT.CHEZ LES PLANTES ... 1o Algues géantes coenocytiques ... 2o Plantes supérieiires. ...o. 40 Do POTENTIEL ELECTRIQUE ET FLUX IONIQUES ... . 55

1o Algues géantes coenocytiques ... o 54 2o Plantes supérieureso ... . 65

Eo MATERIEL ET METHODES, o...*» 78

Fo RESUIŒATS BXPERIIvIENTAUX ... 1o Absorption des chlorures ... .... . 85.

2o Potentiel de membrane. ...88

5o Aoal^e dés fîux sortants. ... 5a. Généralités. oo..«...<>o.'>'>o 91 5b. Calcul des flimc ioniques o ... .... . 100

4o Etude des espaces extracellulaires ... 4ao Propriétés électriques .. ... ... . 104

4bo Capacité d“échange. . . ... . 10?

Go DISCUSSION. ... .... 116

Ho CONCLUSIONS ... ». « 128

lo INDEX BIBLIOGRABIIQUE ... 151.

(5)

INTRODUCTION

Nos Gomaissancea iaiïimes du transport ioniq,ua dans les cellules et tissus végétaux ont réellement progressé depuis 1°introduction des méthodes modernes d'investigation (micros cope électronique g radioisotopes o»»), sans atteindre pour cela le niveau élevé qui caractérise les connaissances de ce phénomè ne à partir de cellules animales» Il ne faut pas rechercher les causes profondes de ce déséquilibre dans une puissance intellec tuelle plus grande ni dans des moyens d'investigation réelle ment supérieurs g mais bien dans les difficultés inhérentes à l'emploi du matériel végétal»

Du point de vu.c celliaaire^ les cellules végétales sont dé;jà beaucoup plus complexes que les cellules animales© Elles possèdent,, en effet, une membrane cellulosique, composé princi palement de polysaccharides© Tout contre celle-ci et la péné

(6)

= 2

le tonoplast© à la liiolte interne, accentue encore l“liétér©~ génôité et la complexité de ces cellules, même si la vacuole centrais peut être considérée comrae une solution aqueuse reia^* tiveraent homogène de composés organiques et minérauxo

Du point de vue anatomique, bien que l"oa considère les feuilles, les tiges, les racines comme autant d'organes, ils ne sont pas aussi différents entre eux que ne le sont les

or-Is un rein, un coeur, un intestine Aussi, il

La croissance et le développement des cellules végétales interfèrent souvent sur le transport ioniqueo Si les cellules V animales sont généralement caractérisées par un éqiû,libre de

flux, 11 n*en est pas de mime pour les cellules végétales, cù les flux entrants sont largement supérieurs aux flux sortants ^ Il faut donc parler de pénétration et d“ accumulation pour certains ionsO

Les échanges ioniques se font à partir d”un liquide inttr— cellulaire baignant le système étudié» La composition ioniqi.e de ce milieu est bien définie pour les cellules animales, ma:'s

(7)

=, 5

ne l“est généralement pas pour les cellules "^égétaleso A l*”ex ception des organismes simples et aquatiquesç directement en

contact avec une solution bien connue du point de vue ionique, il est difficile de définir la composition du liquide baignant cer-- taines cellules végétales, principalement des plantes supérieureso

bans 1“ optique des difficultés inhéx-entes au matériel végé tal et des déficiences de certaines données élémentaires, il n®est donc pas étonnant que nos connaissances fondamentales rela tives au transport ionique dans les cellules végétales aient été obtenues à partir des cellules géantes d"algues coenocytiquesc Oe qui l®est moins, c^est la suspicion rencontrée cbsz bon nombre de cîle^che^lrs pb^Ttopbysio logis tes, quant à la validité de ces

concepts de base et à leur extension à des systèmes plus complexes o

ïl nous sera d“autant plus agréable de montrer, dans les chapitres suivants, que non seulement ces concepts de bsise mais également les méthodes anêlytiques utilisées sur des systèmes sim» pies peuvent être appliqués à des systèmes plus complexes, tels

(8)

« Zj. «

Ao TRMSPORT lONiqUEo

Les systèmes biologiques généralement envisagés dans

l'étude de la perméabilité cellulaire sont des systèmes ouverts pouvant échanger de l'énergie et de la matière avec le milieu extérieure

Soit d S la variation d'entropie du système à un moment donnéO Cette variation est la résultante de l'entropie échangée avec le milieu extérieurs do S (équilibre pl^sicochimique) et de l'entropie créée dans le système par des processus irréversibles diS (métabolisme)

(1) d S « do S + di S

do S peut être soit positif soit négatif« tandis que di S est toujours positifs C'est là une caractéristique des systèmes biO“ logiquesO Une variation négative de l'entropie interne résulte d'une destmetion du système « Si les échanges d'énergie et de ma

tière sont suffisamment lents, les paramètres thermodynamiques du système peuvent être définis par l'équation de GIBBSo

(9)

(2) T d s « d IJ P d V da^

où ÎJ est 1“ énergie totale du système, p la pression^ Y un. volumeî^^ le potentiel chimique et le nombre de aol es de cet ion Dès lors g 1“ augmentation d^entïTopie du système peut âtr© exprimé© par la somme des produits des différents flux

et de leurs forces totales correspondantes X^o

(3) _“SF*% s

Les flux peuvent être des transports d'énergie* de matière, de charges électriques ou encor© des états d'avancement de réac tions métaboliques O Quant aijx forces* leus natures peuvent être fort difféx^entss^ gradient de potentiel chimique, gradient de potentiel électrique* affinité de réactions chimiques ou

encore interaction entre im ion et un autre ou la membrane 0lla-mêm©o

Envisageons ces forces séparément (il est bien entendu qu'au cours de l'évolution du système; c'est leur résultante qui intervient dans la régulation des fluxo) :

(10)

<sa <=T3

“/'j®

©ù/^.® est le pctential standard de cet ion et son activité o

tî 0

Cella=ci peut être considérée comme étant la concentration

effective de l“ion dans le solvanto Elle est reliée à la con= centration de cet ion suivant 8

est appelé le coefficient d”activité de cet iono En solU'- tioa idéale, Y j égal à uno Dans les systèmes biologiques, bien que ces coefficients s'éloignent légèrement de 1 “unité, on assimile souvent les concentrations aux activités Les différefe- ses par rapport à l“unité n® sont pas nécessairement dues aux mêmes facteurs qm“en sol\\tions pures^, par exeE^le, la dissocia^ tion incomplète des sels, mais très souvent à des interactions entre ions ©t cytoplasme o

Dès lorsç la relation 4 peut s“écrire

/'} "/'i + R T In G

H* d

2) Z J gradient de potentiel électrique où est la valence de l“ion et P le Paradayo

(11)

«33 ^ C=>

4) P 08t ime fore© de friction provenant de 1® interaction entre ions ©t processus irréversibles système g c “ est°à-=-dire

(12)

=. 8 =

1o ïraasport ionique paasifo

_ Systèmes en équilibre de fluxo

Ces systèmes sont caractérisés par un équilibre dynamique^ ’on équilibre de fluxs 1© flux entrant étant égal au flux sor tant et le flux réel (bilan de ces deux flux) étant nul»

Ce transport est la conséquence directe des forces (1) et (2) (gradient de potentiel électrique et chimique) o Sféanmeizis ^ ce transport peut être influencé par les interactions entre ions et meaibranes ( force (5) )o Comme cette force ne possède pas d© propriétés directionnelles, elle affectera les deux flux d“égal® façon et n^en modifiera pas la résultante.,

En 1”absence d”interaction entre les ions et les réactions chimiques associées au métabolisme cellulaire, on peut consi dérer qu^ain équilibre ionique s®établit en fonction des deux forces physiques en présence, c'est-à-dire ?

Il apparaît donc que le mouvement ionique passif n'est pas déterminé par xm gradient de condentration, mais par un

gradient de potentiel électro’himiqueo II résulte de c® concept qu'il est tout à fait incorrect de prendre comme preuve de

(13)

ions s© retrouvent à 1“intérieur des cellules à des concentra-' tions supérieures à celles du milieu extéri©^u?o

La seule preuve irréfutable d“un transport actif d”un ion donné serait de montrer que cet i©n est maintenu continuelle ment a^^ travers de la membraa© à un potentiel électroehimi- que plus élevé dans une phase que dans 1“ autreo A 1“heure actuelleç ce critère n®a été appliqué avec rigueur que sur les grandes cellules coeaso^iques rencontrées chez certaines algues (J O BAlîVSJ et B O Mac HOBBIE, 95, 9^ )o

Si le potentiel électrochimique d®un ion s “égalise dans deux phases g cet ion est en équilibre passif o Bssprimons aathé- matiqu-ômeat cette conditioag soit g potentiels élestrochimiques des daine: phases o II vient g

(6) /IjO

-(7) R T lu ® R T In C iî i •{• Z ^ îVi (8) y i - V© B « ^ lu 2.=^

F G 4 i

(14)

10

-Uno Yoie d“approGli9 différent® proposée par Ec ÜSSING et K. ZEIîAHïîg 1951 Cl'^^) consiste à annuler le potentiel électro= chimique au travers de la meirûiraneo

Ba pratique 5, il est plus facile de placer la même solution de part et d“autre d'ur^-e aiembrane { jb * o )ç de court~cir“ cuiter ces doux compartiments (AB s- o) et de mesiirer tout mouvement ionique éventuel que d® établir i" équilibre de flux et de détanainer les activités et la différence de potentiel électrique ( première méthode)o

HéanmolnSs Inapplication de cette technique est limité© à certaisios jMjmbranes très spéciales (cellules géantes de Valonia

Halyeistis^ peaux de grenouilles)»

Los forces (1) et (2) sont à. ce moment milles et tous les mouve= ments ioniques ne peuvent être la résultante que d“un mécanisme

actif»

Si le mouvement est associé à un passage de courant éle©-. trique dans le circuit 32!rfeérieurç à ce moiaent^, le mécanisme actif assure un transfert des chtirges électriques ©t donnerait naissance à une différence de potentiel dans le système non • eourt-*circuitéo Si un courant électrique n"est pas associé au

(15)

.tr' 1 »

l]bg SjstèmsB^dg _^ré^ime stableo

Dans cea conditions ç 1"existence d'tsn flux ionique réel doit être pris© en considérationo Si les mouvements ioniques sont indépendants l^ua de 1“autre^ Inéquation d'un flux peut s”écrire î

Flux s concentration x mobilité x force (T o TEORBLL) (136, 137) Pour un ion ^ à la concentration mofeo au point x de la membrane ©t ayant une mobilité Uj, le flux devient i

(9) B î -U.J 23 B

i-Une équation semblable peut être établie pour chaque ion trans= porté passivement? le système d®équation obtenu sera résolu moyennant certaines restrictions o La nécessité de 1® électroneu tralité du système entraîne s

^ d a J. 0 . « 0 ©t la nécessité d^un courant nui dans la 3 3

membrane 0

(16)

V

<=■ 12 =

Retenons trois types de sin^lifications habituellement proposés! 1®) HSRDBHSOH s tous les ions ont un gradient de concentration

linéaire dans la membraneo

2®) PLAHK: î la membrane est électriquement neutre o

5®) GOIDIMÎT 8 le gradient de champ électrique est linéaire o

La troisième proposition est généralement appliquée aux systè“ mes biologiques et conduit à Inéquation suivante* pour un ion monovalent (la démonstration en est donnée à la fin du chapitre)* B O GOIDMAIT (45) O

,([rÿ]-|ÿ]e X P (PE / Eî?)j v T» P E / R 1?

(10) - Pj 1 , X P (Miyjffl) '

est le coefficient de perméabilité de la

membrane pour l'élan d» 1“épaisseur de la membrane..

E le potentiel électrique de la menâaran® et lo coefficient

G. i ^

do partition de l®ion d ©atre la membrane et le milieu “â °

ôxtérieuTo

Sachant que le flux réel est égal à la différenc® entre 1® flux entrant ©t le flux sortantal nous convenons d”appeler

O i et i © ces flux partiels* il vient s

(17)

.... 13

(12) O i - - g

1-at (15) 1 O » Ci exD C FE

Si l®oa est en équilibre de flusç c*est=à-dire ol ® Mj iOp 1"équation se réduit à Co *» Ci esp (FE/RT)g qui est Inéquation de ÏÏIRNST étudiée préce’demmento

Si nous établissons le rapport des flux partiels dans le cas général ( M. oi différent de M. io)^ nous obtenons la relation ;

d ' ü

■ Hj O i 0^ O

04) 1 eap ( Z'^ WrIT'J

c'est l'équation auxHxix partiels dérivée séparément par USSIHGg 194-9 (1^W-) et TlORELLs 1949 (156)» Bile est uniquement la con séquence du fait qu'un tel mouvement ionique est propozrbionnel au gradient de potentiel électrochimique quel que soit le modèle de membrane envisagéo Cette équation constitue le test le plus fondamental d'un mouvement ionique indépendant et passifo

Si nous écrivons (14) sous sa forme logarithmique* nous

(18)

== 14

-Oa peufc considérer deux catégories de déviations i

1") R T la i^-TÔ </^jO -/7ji M. © i

M,. O i

>/'f -/ji

la première catégori® groupe , los flu3S partiels scwt-^us proches les ms des autres que ne 1© prévoit 1© gradient d© poten= tiel électrochimiqueo le cas typique de 1 “ intorventlcn d^m mécanisme actif o Néanmoins * si après suppression de la source

énergétique de ce mécanisme actif, la déviation persiste, il faut envisager un phénomène d© diffusion d'échange O^o ÜSSÏlîG)o

La deuaièmo catégorie groupe les flu3c partiels d®ions dont le vemeat n“est pas indépendant dans la membraneo 1© mouvement dans une direction limite 1© mouvexaent dans 1” autre (interaction d© simple nie) ( HOCGKmKSXKES (59))

»

(19)

15

-L“emploi d® l'équation de GOLDllAF permet d'interpréter les variations du potentiel de membrane quand les concentrations ioniques extérieures sont chargées ou que des agents métab©li“= ques sont appliqués à l'extérieur^ âs telles considérations donnant im© mesure de la perméabilité relative des divers ionso

SMèSâ2S§ “

Si certains ions sont transportés par un mécanisme actif électriquement neutres ce mécanisme n'intervient pas dans 1© potentiel de membraneo Dans ce cas9 ces ions n'obéissent pas à

l'équation des f3uix partielsç mais le potentiel de membrane doit toujours satisfaire à l'équation d© GOLDMAKo

(20)

O 16 «

2O Transport ionique actifo

Un transport ionique actif peut être défini comme étant

xm flux ionique dépendant de 1”activité et des variations

d'entropie du système (Jo GOKÏÏAT, 195^ (26))o Les critères proposés par üSSIîTG et alto démontrent d'xine façon indubitable l'existence d'un lien entre le métabolisme et 1® transport de certains ions (145)o Un critère également utilisé pour distin guer la libre diffusion d'un transfert actif d'ion est l'étude des flux ioniques dans des conditions e:^éri mentales favorisant une faible activité métabolique® Si l'on est certain de l'absence d'effets secondairesç des inhibiteurs métaboliques ou des tempé ratures basses peuvent être appliqués au système étudiéo

. Enfin9 si l'on augmente la condentratlon extérieure et si l'on observe me saturation de l'absorption ionique aux hautes concentrations* ce fait peut être interprété comme indiquant 1 'intervention d'un transporteur (G„ BAJOUE (6)*3i o BPSTBIN (5^))o

L'SqiïïATIpU DE GOLDM ^

(21)

17

-Le flux .réel J d“un ion est donné par la relation suivant© % ■

« mobilité "x concentration % force d^où u.ji O G^i

« nS± 3 .J. 3i zû F G^i ^

lia condition imposée par la simplification proposé© par GÛLDMI? est où d est l'épaisseur de la membraneo

L'équation devient alors î

L.0Û1 , Cii »

dx Hïd " Cette équation est de la forme

s£ A'j -f B

Atc R

St admet pour solution y « Ke ^ j

c'est=à”àire dans nos conditions s

F Si© X %

n<4 V f MF Sic

G;3i = K esp C *“ _^inïFà J

s est une constante d'intégration à déteriainer à partir des caractéristiouss du systèma»

I Jil

Si JC =. 0 ! Cjo - E - 'gJ-JîJï-SÔ

à

Si X ® d ; Cji (au point d) = (Cjo + SW (

-„ 2.1 u.i Bio G.1© ° C.ii Qxp CZi F Eio) ^ ___f 2,i F Sio •5!v

(22)

'18 ■=■

Si nous écrivons Pç coefficient de perméabilités égal à

il vient 8

^J- ZJ P

PEio

“KÜ-Zi PBio /GJo » Gii exp

(23)

9 =>

3 O MÏOlî DE COMPAHTiMESTo

Certains aspects fondamentaus: d®un phésomêne particulier» par exemple les transferts de matière dans les organismes vivants ont été al)©rdés à la fois par les biologistes et' les médecins o

Les médecins se trouvent confrontés avec le problème posé par las échanges de matière dans le corps humaiaç, les biologistes ç principalement les pbjtopbysiologistes ont à résoudre les échanges de matières dans les tissus et cellules de planteso

Dans les deux saS{v on se trouve en présence de systèmes

compartimentés0 L®accès direct à ces compartiments est difficile,, t

sinon impossible vu les échelles de grandeurs De plus® pour une substance donnée,, les processus de transfert interfèrento

A, RESCÏSHO ©t Go SEG-REE (IIS)., discutant ces problèmes pour les

(24)

c= 20

G© sa@dèle peut être 5. ©n outre y, compartimenté ç ©''est-’à-dire

©©astitué d“ensembles unitaires associés de différentes manièreso Chaque ©©spartimeat peut être considéré ©omm© une fraction

hssogèn© de 1'’individu et son contenu essentiellement contrôlé par des échanges de matière ave© d'autres compartiments voisins par des processus de membraneso

I0 Méthodologie 3 les principeso

Dans un système compartimenté, le comportement d'une moléeu^- le marquée (traceur) est semblable à celui d'une moiéeul© non marquéei elles sont soumises aux mêmes processus d'échangée Ondistingue différents types d'échanges g

i ^L^éch^ge^du greiaier ordre ^

G© type est principalement contrôlé par des phénomènes de dif= fusions o Dès lors, la vitesse d'échange est proportionnelle au gradient de concentration existant entre les. deux compartiments:, Diverses analyses mathématiques ont été proposées pour cet échange»o En général, ©lies sont caractérisées par des équations différen tielles linéaires du premier ordre (Go SSGREB9I965 (l'19))o

Les solutions sont du type s

(25)

2*1 =

@ù C^i « quantité d'élément manqué dans le compartiment i au temps t

11 s A a ® constanteO Ion « constante de vitesse t e temps

La quantité

x

dans le compartiment i ©s‘> donc une somme de J termes expoaentiel^ï. (J étant égale au nombre de compartimen'ts dans le système étudié)o

ii_Echango_d_^crdre__^s^éri©^^

Dans les globules rouges * par exemple 9 le flux entrant de potassiixm sensible au glucose suit une cinétique de MICHABLIS“= MENTEN (lo GLYBIT^ 1956 (44) )o Les modèles mathématiques proposés pour ces cinétiques d”ordre supérieur sont très compliqués® des solutions pratiques et applicables n’ont pas encore été obtenu®^

1bO Les deux données essentielles sont constituées par les mesures des flux sortants et des flux entrantSo

1cO Un système est compairtiirienté et ses échanges sont du premier o2dr© si les flux sortants peuvent être décomposés en un nombre

(26)

22 CTO

2 O ApplicationO

2ao Analyse graphique du flux sortant d"un système considéré comme une boîte g

Après un temps suffisamment long^ on peut considérer que le flux sortant ©st principalement constitué par les composantes lentes du phénomène O

A c© stad©ç) la représentation graphique du logarithme de la quantité du traceur encore présent dans le tissu en fonction du temps sera linéaire o La contribution de cette composante lente au début de 1° échange sera obtenue par extrapolation de cette droit© à 1“origine 9 tandis que la contribution des composentes rapides sera obtenue par différence entre la quantité totale dans le tissu et la quantité associée à la phase lente à un moment donnéo

®@tte composante rapide peut être traitée de la même façon et le processus répété ^usqu"à obtention des constantes de vitesseo (km) et des coefficients (A in) de toutes les composantes du flux sortant o

(27)

S'bo Aaalj^s® mathéàatique 6.es flux sortants d'un système considéré comme une boite o

(1) ©ompartimeat uniquec

So ©t Si I activité spécifique St Q1 ; respectivement quantité de 1®élément

qaé ©t quantité d© 1®élément

non marqué dans 1© comparti ment 1o

les équations proposées pour 1® flux total ®t pour 1© flux de l'élément marqué dans un tel système sont «

M 0 *! S*:î M i 0 - 8ï a, M 0 1 = M'IO (-1^ dt" ^ M Q 1 O S 0 = M 1 0 O S 1 Gae_^gimgles

M 0 1 est eonstant et M 1 0 est proi^ortioanel à Q 1 (M 1 0 ^ ||1 s =.k 10Q1)

M 0 1 = K 10 Q1

...

ïr 10

(28)

= 24.

Fa2> iatégratiosîp oa obtient g

M C Q 1 = ® = l£ 10 t 4- eonstaatè

d“©û Q1 - « A e:®' |[= K10 t ï3

0 1

Au tefiips sera ? Q1 a Q10 d^où A =* Q10 •=

Il vient

_Q

1 M 0 1 Q 10 =. |=f^) C = k 10

©t Q1 « Q 10 e:.^ = k 10 + ( 1 == escp = k

C©,udlti@ns partioulièreso

>=sC3<?9C3CS«a c3c=»«>»S9 0Alt»<j»e»««cfB e3»«e»s=>«sac=>ciscs»e3ss

Lg_^cûmpartiment^sst_iaitiaLea§at__^vld® g (MOI © « q 10 s 0) 0,1 ® ë==^^ C 1 =■ exp - îs 10 t ) P©ur t petit g Q1 a M 0 1 t Pour t—^oo g qi - 1“^ l’^cS2S2SSÎi^2SS„Sl§SS=SSi=.i5^SiSi§2S5Ï-.ïiâi " (MOI e 8 0 10 0 t petit s Q1 œ 0 10 4- M 0 1 t t ■ ma- &s> 0 Q1 S QIO4-MO 1

FW

t)

(29)

= 25

lie eoapmrtiEient est complètement rempli s

a» «• cm os «Mao ma» cm e»«M«r«aae3icK»C3a»c9£c*«eBMBea»Wfe»«:âC2s

M 0 1 e 0 Q 10>0 d®cù Q « Q iO exp = k 10 t t petit-^Q1-Q 10 ( 1 - k 10 t) t—»b<pOQ 1 a--- 5ï» 0 GOMMEKOÎAîriSS s CD er» e=5 C-T'C» c=» =3 t=> <*% 5T» <=3 C»

1o Le ©OQteais final dans toutes les eirconstaacee est égal à

2 O Quand ©n change MOI, Q1 prend une valeur nouvelleo L“atteins

t@ de ©e nouvel équilibre ©st ©ara©térisé par une seule cons tant® de vitesseç qui est indépendante des valeurs initiales et finalesdu contenuo

5o Généralement ( Qoo= Q1) * ( Qcîo- Q 10) exp [-k 10 t)

c/1

Le temps nécessaire pour atteindre ^ (Q Q1)s défini comme la d3ci*-vic de 1®équilibre, peut être relié à k 10 suivant ;

Qoo = Q1 ( Qoo « Q 10) fe%p - k 10 t il

et ^ ( Qco => Q1) s C Qoo = Q 10) exp [- k 10 t 2]

d°où 2s exp - k 10 (Tt 1 - t 2 ) ®u t 2 - t- 1 ® ^^^0

(30)

■S3 26

'i

4O Après 5 t ^ î, équilibre atteiat noaaate<=sept pour-cent de 1”équilibre atteint à t ©o o Sur le matériel biologique,, ©a peut eoasidérer que l®équilibre ©st total et Q1 après

i

5 t peut être pris comme QciOo

•fc ^ Etude du mouvement de l"* élément marqué lorsqu© un état stable est atteint ,ici'’sst*»à«®âir© g

Le système composé de deux compartiments ©n parallèle est simpleo Le mouvement d'éléments marqués dans chaque compartiment est

indépendant de l'autre et peut être décrit par les équations utilisées pour le cas simpleo

L© système de deux compartiments associés exclusivement en série M 0 1 s» M 1 0 (équilibre de flux)

@t Q1 ©St constant SO E 0 par définitiono

(équation Identique à celle obtenue précédemment, mais Q 1 a été substitué à Q1)o

(31)

27 CS?

petit êtr© traité par le diagraimae suivant g

C-i) (2)

M 0 1 M 12

M 1 0 M 21

^ . SI _{ir - s2}

G@s équations proposées pour le flux total et pour le flux de traoeur sont § Dans le compartiment 1 s ® M 0 1 ■«> M 2 1 =• (M 1 0 M 1 2) Bahs 1© compartiment 2 M 0 1 M 1 2 -oS0-^M21 oS2« C M 1 0 ^ M 1 2) S 1 M 2 1 M 1 2 S 1 M 2 1 ^S 2

Ces équations ne sont utilisables que dans certaines condi=> tiens O A ee momentg certaines approximations peuvent être propo- séeso Ï1 ©St plus facile d"inclure ces conditions dans les équa tions initiales et résoudre d@ cette façon des équations simpli fiées o

Dans les modèles applicables aux cellules d© plantes s

(32)

28 ■=

?) Le système doit être en état stablej , Q2 ©t Mi^ sont cons= taats au cours du temps (■yalàble pour les cellules des plantes supérieures)«

^ Flux entrant du traceuro

a O Flu^c entrant du compartiment 1

d'^où d Q.1 dt â #1 dt 0 J S2 reste négligeable M01 = (M10-î-Ml2o K01-(K10^K12) au débuts S 1) Q 1 « q 10 e3Q3 [-(K 10 ❖ K 12) t] -s- (1= exp =K104-K12) t

Sachant que Q 1 Q 10 quand t ® 0

Généralement au déMit^ il n*y a pas de traceur dans le système

C Q^10 - 0) ■

d"cù Q^i s f^=§"T^"FTT ° ^ t petitE M 0 1 t

t _{FlO «I’ k 12}M 0 1

b O E’1u2s entrant dans le compartiment 2

S2 reste négligeable au début

(33)

= 29 =

Si @a 5^ s^bsti*&ue la TOleur de Q,^1 tî?ouvée précédemment par iatégrationç,©a trowe s M O 1 le 'Î2 1 - 6303 k 10 -i- k 12 t] “”k 10 ^ k .f^—^ -(S) »Saeàaat qm® Q.^"2 ^ 0 quand t ® 0 Pour t p8tit«=-g>Q^2 a 0 Pour t s 5 t M 0 1 . K 12 _{k 10 + k 12“ Ct} ©O Rapport

Quand9 M 1 2p M 2 1 J> M 0 1 ^ M 1 0| S 1 reste faible et 1© flux entrant totale M 0 1 t ^ La fraction de traceur dans 1© ©©spartimerit 1 ©et dons g

1 ° exp E == CKIO -i- k 12) tl Tk 10 ^ k 12 J"T^

Quandç M 12^ M21 ^MOI^MIOgla relation est beaucoup plus ©©mpliqué© O

df. Langues périodes de ads© ©r équilibre®

Lorsque Q^1 approche la valeur M 1 S 2 a” est plus négligeable devant bien que ® 0

Dans ces conditions s

(34)

- 30

S . _' M 0 1 -î- M 2 1 0 S 2_{M 1 6 + M}

©"a encore M 0 1 + k 2 1 0. 2

Après cette période initial© de mise en équilibre du comparti-* ment 1 ç. S 1 et S 2 augmentent lentement et parallèlement

(S 2 restant toujours très faible)o ' Gctte période est appelée ■"état pseudo-stable** O

®o Flu^s entrant du traceur dans tout le tissu (Q^T)

MOI-MIO0SI a M 0 1 - K 10 Q 1

Substituant à Q1 la valeur trouvée précédemment (2) g on ©btiont ^ M 0 1 ( 1 - exp C.= k 10 -f K 12) tl

t petit S' s M 0 1

t t d M 0 1 MOI c K 10

_rwTxi^

_rwTT^

M 0 1 K 12

Le flux total du traceur dans le tissu diminue de M 0 1 à k 12

M 0 1 ( valeur du.flux entrant à l'état pseudo-stable)O

(35)

51

--Sf Flux sortant du traceur dans le tissu dw.Flux sortant du compartiment 1

S 2 diminue lentement après la mise en équilibre iaitial-â

s M 2 1 O S 2 = (M 1 0 + M 1 2) S 1 sM21 oS2-(K10+Kl2)Q^1 Far istégrationç on obtient g

(4) Q^1 4. Oj^l 0 [ = (K 1 0 K 1 2) (1 =^exp £= (K 10 + k 12)tl

Sachant que si t 0^ Q 1 “ Q^IO

Pour t petit - q^io ( 1 = (k 10 •}• k 12) t

Æ= ca.1 r\ a M2ioS2

Four t s P s

Bon© Q^^1 diminue de Q^10 à suivant une ©cponentieil© ayant une constante de vitesse de (k 10 -î- k 12)

Brièvement y, le flux sortant vers la solution extérieure 10^Q^1 le flux sortant vers le compartiment 2 ^k 12nQ"^1 le flux total en provenance de1 ( k104k12 ) Bès lors g la fraction .... . ■"“• d© la diminution de se

k 10 k 12 P

(36)

=> 52 ^

Yariatioa dans le compartiment 2 durant l’établissement du fluse sortante

Au début ç la quantité ( q 10 » ^ passe

dm eompartiment 1 au compartiment 2, sui”^fant une e3q>onentielle décroissante avec une constante de vitesse (k 10 ■«- k 12) o

augmente valeur atteinte à la fin de la période de marqua^ ge CQ**2ô)^ à une valeur plus haute durant la première période

de mise en équilibre des fluss sortaa'fes» Cette valeur sera appelé©

q’^2 fo

c. Après la variatiôn initiale de Q 1 et Q 25 un état pseudo= stable est atteint et

à O A

k

21

O k

10

r^WTT^

q 2

Le contenu du compartiment 2 diminuera exponeatiellement avec une k 21 O k 10

constante de vitesse

k 10 -5- k 12 4.. flux sortant du traceur

k 10 q 1

Substituant à 5 la valeur trouvée précédemment par l’équation (•4)p on obtient |

k 10 Cq’^-IO exp[= (k 10 -> k 12) tl ^

.t

(1 ■=> exp *=• ( k 10 -f k 12)

(37)

<=î. “

Iz 1 « C k 10 k 12) et correspond à la perte dii traceur du

sompartimeat 1 ç la seconde décroît avec iiz* constante de vitesse k 2 « correspond à la perte du traceur du compar--timent 2o

kl « (k 10 k 12) <3 (S)

1^2 ^ ^2^ O '<0 „ M 2 1 0 M 1 0 1

k 10 + k 12 M 1 0 M 1 2 Q2

L"intersection entre celle-ci et l^axe des ordonnées correspon dant Iis A. Q^10 (pour la composante du

comparti-.k 10 +k 12 ment 1)

et X 2

çf

^2 f (pour la composante du compartiment 2

)

tÿi

Valeur de I 1 et I 2^ aijrès une périodei*marquag® ^usqu''à atteinte de l'^état pseudo-istabie-o

i..0oatem du compartiment 1 «

M 0 1 . k 21 O 0 20

'i m - rwTK-îs

Durant la première phase du flux sortant p Q^1 diminue ;jusqu'’à le valeur

Gette valeur finale de Q'^1 u'est pas égale au 2^ terme de Q*10p mais après l'atteinte de l°état pseudo-stable ç C^2 f n^est pas différent de 0 et 0*1 diminue de

î»

2:).. Q i

, ...M 0 1

I 1 est la fraction passant dans la solution extérieures T >5 . £M. 0..1. .0 k.10) ^

(38)

as

• CoateTO du com'pagtîiraeat 2 o

0^2 0

M

0 1

O k

12

k

10

WIT’

t

k 10 + k 12

ÏMraat la période iîiitial® du flux sortant ç, des traceurs passent du compartiment 1 dans le compartiment 2o

M_ 0 1 O k 12 ^ . 1 ^ M 0 1

^T'iirT*k i2” ^ ^ Te 10 +" ■*' k To*^T"'Y™T? k 12

irwTic

1

^

k 10TTIT” " ^ ^FT’0 1 O k 12 „ M 0 1 o’TTTT^c. M 1 2 rten© ï 2 s Q 2 f est une fonction linéaire du tempso

t (S)

^ -^Valeur de I 1 et I 2 après une courte période de marquage o Bo Contenu du compartiment 1o

Q^^-1 0 - C 1 ~ 03cp C»(k 10 ^ k 12) t] k 104 k 12

Au début S 2 est négligeable^ si bien qu"après la période ini tiale du flux sortant Q^1 « o et^Q^I Q^'l 0

bo Contenu du sompattlmsnt -2o

0 ^ M=0J_s.„^ (t ^ 1--..ox^r°(k. 10 4 k 12). tl k 104-k 12 k 10 4 k 12

Durant la phase initiale du flux sortant^ des traceurs passent du compartiment 1 eu compartiment 2 et finalement g

f .

(t . ,-

1

.,fc

12

) ^ ^

^ ï il ^:kis5 " C (1 - exp - ( fc 10 I- k 12) t ~

(39)

55 “ ApplS^cations des équatforiSo

Les équations 596g7 ®t 8 traduisent mathématiquement quatre quantités mesurables k1, k2ç 11 et I2o

L°état ps@udO“Stable conduit à une cinquième équation, M01-s-M21=M1 0 + 2-1 12

Aussi longtemps que Q 2^Q 1, la valeur mssurée de Q T est une bonne estimation de Q 2o

(40)

56

-Ce NOTION DE COMPARTIMENT CHEZ LES PLANTES»

1o Algues coenocytiqueg géantes»

4

L®8 premiers charcheurs ayant travaillé sur ces cellules géantes considéraient 1'^ arrivée de substances dans la vacuole comme le fait le plus importante Le cytoplasme dans son entièré° té était considéré comme une membrane (S» BROOKSg 1955«'1959 C^7“'^9) K COLLANDERg 19^9 (25), Jo PLOWE, 1951 (11^)o

Dès 1931, PLOWE avait dé;|â posé clairement le problème î

'"Les couches limitantes du cytoplasme pourraient être les facteurs déterminants dans la perméabilité cellulaires" Par in;jection de colorants dans le cytoplasme ou la vacuole de certaines algues coenocytiquesç notamment Griffithsla^ J» PLOWE avait montré que ces colorants se répandaient rapidement dans le cytoplasme tju la ïfacuole, mais qu'aucun mouvement ne s'établissait de l'un vers l'autre où vers le milieu extérieur aussi longtemps que ces cel'» luies étaient vivantes»

Certaines mesures électriques confirment cette idée que le cytoplasme pourrait être considéré comme un compartiment g

J

O FINDLAY et A O HOPE, 1964 (69) montrent que le conductance des

(41)

=, 37 ==

1"intérieur du cytoplasme lui^aimeo Les ions auraient don© une liberté de mouvement plus grande à l'intérieur du cytoplasme qu'au niveau des ©ouches limitantes^ plasmalemm© et tonoplasteo

La plupart de ces mesures ont été faites sur des cellules ayant atteint un état stableo

On distingue dans le flux sortant trois composantes (méthode graphique)o

La première e© rattache à la membrane cellulaire (Jo DAÎNïY et

Ac HOPEj, 1959 (28) BUT Chara australls Lo,J o SIMOND et A .SOLOMOH

1959 (52) sur Hitella axilarls LaAo HOPE^ 1965 (6?) sur Ghgjra augtralis Lo et H o SPANC\¥ICK et E o WILLIAMS^ 1965 (124) sur

Nitel-La ©omparaiscn du flux'sortant d'îodure dans les membranes iso lées et dans des couches liquides d'égales épaisseurs suggère à DAINTY et HOPE^ 1959 (29) que des couches liquides non agitées au voisinage de la membrane ralentissent ee fluxo Quanè" au^flux sortants de potassiumçsodiuin et calcium, ils sont ralentis par le grand nombre de charges fixes, anioniques principalement, localisées dans ces membranes eeilulosiqtîeso

(42)

=, 33

Oeci a été montré pour le sodium^ le potassium et les chlorures^ chez Hltellopsis obtusa Lo » B» Mac HOBIB et Ja DAHîîFY, 1958 (95^* pour 1© potassium chez Hit©lia axLllaria Lo , J« DIAMOHD et

Ao SOLOMOH, 1959 (52)5 pour le potassium chez Qhara australis Lo, Ao HOPE5 1965 (67 )| pour 1® sodium chez Hitella tranlucens Lo Eo Mac HOBIEç 1965 (92) et pour le potassium chez Valonia ventri<==> cosa L.ç Jo GUÎKNECHTç 1966 (47)»

Il ©St ta^s probable que ces composantes du flux sortant corres-^ pondent au cytoplasme et à la vacuoleo En effet, les proportions relatives entre ces deux composantes d“une part, et les volumes du cytoplasme et de la vacuole d'autre peucrt^ sont similairese Be plus, après de courtes périodes de mise en équilibre en présence de l'élément traceur, quand le petit cos^artiment devrait conte nir plus de tracexir que 1® large, on trouve une activité plxis grande dans le cytoplasme ( Jo DIAMOND et Ao SOLOMOH, 1959 (52), Eo Mac ROBIE, 1964 (91), 1966 (95 et 94)o

Un modèle de deux co2qç>artimonts exclusivement en série a été associé à ces algues coenocytiques, le petit compartiment repré sentant le cytoplasme, le grand, la vacuole o

En présence de solutions marquées, le comportement d'iin tel sys tème ne peut être analysé qu'en accord avec les principes

p3?©p©-*

sés précédemment o Les faits importants à retenir sont 8

1®} Le coi^artiment cytoplasmique s l'activité spécifique dans ce compartiment augmente suivant une loi esqponentielle s

(43)

59 rrr>

S°) II© compartiment vaouolaire s Inactivité spéGifiqu® d© g©

oompartiBXfsnt Jusqu® adors très faible, augmenta au cours du taurpso

5°) Cat état pseudo^stabl® dépasse’çles activités spécifiques des devix compartiments augmentent alors parallèlement g la différenca Se “ Sv restant constant© au cours du tempso

Nous trouvons dans les travaux récents d© So Mac ROBBIEg 1966 (95 0t 9^) une confirmation expérimentale de cette hypothèse g 1°) Constante de Kc^ constante de vitoss© calculée pour diffé

rentes périodes de lals© en équilibre d'après 1© flux entrant ap= parent d© la vacuole et concordance entre ces valeurs ©t l©s va=-

Ism-s théoriques obtenues à partir de Sv et Sc ( pour le potassium '196^ . 91).

2°) Constance d© kc calculée d'après 1© pourcentage de l'activi té total© dans 1® cytoplasiia® après différente® périodes de mie© en équilibre (pour le potassitua et les chlorures, (93-â4).

(44)

*4*0

Or, l©s chloroplastes isolés échaagenlî leurs ions très rapi- demoatî de l'ordre de quelques secondes ( Yo MEHOES ®t altJo, 1955

(98)i Jo DÏAMOÏÏD et Ao SOLOMOH, 1959 (52)

In viTO, ces échanges sont complètement terminés en quelques minutesO Gela signiAie que les échanges ioniques (chlorures g potassium et sodium, principalement) sont beaucoup plus rapides à l'intérieur du cytoplasme qu'au travers de ses couches limitanteso Il est donc tout à fait logique de considérer le cytoplasme dans son ensemble et de lui associer un compartimeuto

Signalons, également, les travaiix d'HOIÆEB, 193? (65) sur

l'accomode.tion d© Yaloaia maorophysa I»o, au2C variations d© salini« té du milieu extérieuTo II démontre,d'une façon 'indubitableg

la pex'méabilité du cytoplasme, ©a général, à l'égard des ions halogènes, en particulior, et insiste sur le contrôle cytoplasmi=

2® Notion de compartiment chez les plantes supérieures o

2a» _Lea .espaces _ ei^racellulaire o

(45)

•=• ^'1 eo

0t eoastituéç prijacipalemaat^ d© méats* d® cellules moz*t©s ou détruites ou d^intersticeadaus les membranes cellulaires* peut être considéré comme un espace ©xtracellulairôo

Une attaation toute particulière a été àccordéecet espace..On l'associe* généralement, à la composante rapide du flux entrant du tissu oui contrai-rement aux autres composantes n'sst pas affec té© par des changements d© température ©u par la présence

d'inhibiteurs»

2®) sur tissus de réserva ( Go BRIGGS* Ao HOFB et Mo ECTM.iilÏ9 1958 (14- ©t 15)9 <îo LàO?IESg 1959 (84)I Go BANGE ®t Ho VAN GBMERDM, 1961 (8)0

Nous résumo.ns ci-après les principaux résultats d@ ces in vestigations o

Co.ntenu anionigueo

(46)

42

Boxxt sensiblement la moitié des coefficients obteaiis pour des

solutions aqueusesO Certaines radioautographies montrent que cette composa23,te rapide du flux anionique entrant correspond à la mise en équilibre des cellules coupées ©t des espaces Qxtracellulairos à l'jjitérieur des tissus de Beta vulKaris Le

£ii)«Gonteau^cationique

Les échanges cationiques tout domme dans les charaoeae sont géné3?alem©nt pliis lents o Les interférences entre nations et les charges négatives fixes sont également retenueso Néanmoins g après un prétraitement adéquat» le contenu de cette phase en ca= tions univalents» peut être séparé en devix fractions dont l^un© est proportionnelle à la concentration extérieure» Cette fraction est équivalente à la fraction anionique et tout comme cette der=> nière est directement accessible par simple élution dans l'eau»

L'autre fraction^indépendante de la concentration extérieurs, ne s'échas.ge qu’en présence de cations extérieurs» Les charges néga-^ tivea fixes de la membrane ont été associées à cette fraction

pour constituer une phase équivalente à un espace de Donnant Son importance en volume apparent n’est que de deux pour-cent du volme de tissu de Beta vulgaris L» » mais les concentrations appa - rentes en charges fixes sont très élevées s 560 meg/X^.

(47)

43 =

soKit suffis esife 0a pour liiaitor la libre diffusion d@a cations &

Go BîîIGGS ©fe Eo ROBBHTSOIç 19^8 (13) ont traité d® la diffu sion des électrolytes dans les espaces exfcracellulaires destissus do réservaO

Ds cas travaus, il apparaît comiBe très important, lorsque l®on mesure das fluss entrant ou sortant de cellules ç qu© les concoatrations soient uniformes dans 1“ensemble des espaces c®l-

lulaâreso

Dans les travaus: de PLOWE^ 1931 (11‘^-)® on peut trouver une pre mière tentative de mise ©n évidence d°une compartimentation osl-

Utilisant sa méthode d" injection de colorant déjà appliquée avec succès aux cellules coenoftiques d'algues géantesç il aboutit ai^x mêmes constatations; pour les colorants étudiés^ 1® cytoplasme ©t la vacuole constituent des phases homogènes®

Dès 19519 Mo HÛîsïÈs (64965 et 66) jette les bases mathématlqi-.©?3 de l'analyse des échanges de substances antre milièu extérieur ©t tissus végétauxo Analysant la pénétration à\\ bleu de méthy lène dans diverses espèces végétales il met en évidence 1©

(48)

vitesse ©t le rapport d*accuiaulation dont dépendent les valeurs xuimérig.ues de la pénétration. Il propose les équations s\U.vantes

Signalons également les travaux de îïBIRIÎîCKXe 1965^1967 (102 et 105) s\îx Beta vulKaris L.

Suivant 1®absorption du calcium par ces tissusç il dégage deux faits importants 8

a. L® absolution di\ calciiua ne présente pas les caractérisa tiques d’une absorption active* mais se déroule pourtant selon une cinétique x-elativement lente.

bO Oette absorption peut être décomposée en trois phases V

(49)

45 -=

Phase Go Mon échangeable,,

?u 1" importance primordiale des ions bivalents dans le contrôla de cas phases d®échange? il fait également appel à un ssrstômo de Donnan dont la localisation peut être estimée être dans la membrane cellulosiqueo

Les obsenratioas d'ARXSSj 1952 et 1958 (1 ©t 2) travai-lient sur ime plant© aquatique Vallisaerla apiralis Lo montrent sans am» biguité la présence de deiis compartiments pour les chlorures à

l’intérieur des tissus de feuilles® Brièvementj si des segments d€ f®ui.ll©s de ¥al3.i8neria ont une de leurs extrémités en contact

avec des solutions de chlorures ©t l’autre libre dans tme chafebr^? humide, on constate une accumulation de chlorures aux deux extréml'»

tés. Si, du cyanure de potassiina est appliqué à l’extrémité an contact avec les solutions, l’accumulation est inhibée aux deux extrémités O Ceci montre qu© le cyanure de potassium inhibe

(50)

« ^6

-Si aaijjs;eîaaiî.tï lo K 0 !T est appliq.5?.é à la partie cesitra.lo de c!a>io la cfearabre lauiaidSs l'^acouiaulatioa des ehlorimso a-oa1; pan inhibés ni dans cetto partie g ai dans 1© reste de la

G©ci Eioatre que 1® effet du s^/amu?® est local ot que le !2,ou\reaient s'éffocmîe Mea à l'intérieur* des celluleso De plus>

puisqu'il a “y a aucun© iablbitioa du système transporteurs) est effets quand cyanure est ajouté à l'extrémité en contact aToo las solutions ç doit être un bloeaga du cliars@msnt du système transporteurs l€s offots du cyaa*ar© aa mattent en é'trid.©nc© qu'un seul compta’tiinant à l'imtérieiix* du tissuo

1 'ia,téris\:ir du tisau. IH'ia pour 3.e transportj l'autre pour 3»°accu-» siulatioî?. doa cS9i,l.or-iires o

I;a localisation cio ?^a région du tr*snsport est toujours très con= trevorséf) à l'heure actuel le»

A.RIsa l'identifie au "symplasme". c'ost»=à-dire à l'entièreté du cytôplasKio du tissu ©n connection par lea plasmcdesmes

5'es autoradiographies d'AHÏSZ indiquent plutôt transpo3?t par le plilooB^ea II seabl© beaucoup pliîs probable que c© transport s'éffQctiie à la fois par 3.© phloè'm© et 1© cytoplasme ®t que 1®

(51)

= 47

-Oss 0s:péi''ionGGs f^iîgfsèrent fortement qu”il n^j a ay,©im tï»an;f02?t d.i.T'eot d© la '■/acuol® vers le milieu extérieur (pour les ©hlorores)

Une autre méthode^ ea principeç très simple consiste, à étudier comparativement les relations ioniques de cellules ayant un îioEibra do compartiments différents 5 particulièrement 5 des cellules avec et sans vacuolea

entre cos types do cellules résident uniquamsnt dans des différen ces do «osijjartimontatioao

A titre 3-adicati.fc si^alons les travaux de SÎJKÎLÏS’FS ©t COÜHÎÎSK5 1959 (130)1 ils comparent des tissus de carotte vacuoliséa et do3 tisïus d© carotto on pleine croissance non vaomolieéso

Une plus grande attention peut être accordée aux tiwaiix de

Par comparaison d© deux aonoa bien distinctes d*us mime Ict d©

racines s sq^mets non vacuolisés et ssgments à ma‘&\irité ©t vacuol:-»'* sésç ils mettent on évidence des différences quar-titativec dans Iss flux ©ntrantsd© potaasiiua dans les racines de mafsf, îlAHDIî'?/ ’ et Ro OVSLSTHISS'fa 1901 (50) et Ro flâHDLEY; A» JIBTWALLY et

(52)

= 48

-produit sur ces flux par des chaasesients de températures g i® absence ou la présence de calciunio

L’interprétât ion de leurs résultats est basé© sur 1 ° izfer'y©atioa du métabolisme dans les prélèvements ioniques initiaux des

■i^ea études beuucnup plus complètes et les seules à apporter une solution au ï>roblèm® de la compartimentation chez les plantes sv\pérleures sont les travaux de TORII ot LATISS,, 1966 (158)°

Les relations entre loa flux entrant de racines et les concentra” tions peuvent être décrites suivant ime somme d© composantes

simples,

(53)

^9 “

d*aiitr-©3 t®rmQ3 auK hautas coaGeatrationSç la pï’ésenc© d®m factQur lii2iitaaî; peut être .tnise ®a cozTélation directe avec la préaeaca d*-wn tonoplastoo Aux faibles conceatratioiifflo l'absenc© de différeacG entre les deux types de tissus indique qu© 1© ton- tonoplast© n*est plus et ne peut être un facteur llzaitant. Sur la base d’un© compartimontatioa dans 1© tissug seule le plasmaleiame doit limiter 1© fluz entrant d'un® celluleo !:?OEII ©t ÎAQJIE3 ont constaté également qu’aiix faibles concentrations^ 1© flux entrant da chlorure des deux types de tissu était également modifié par la présence d’inhibiteurs o Avtx hautes concentrations g la sezLsi^ bilité plus faible du flux entrant des tissus non vacuolisés suggère un.® composante passive dans ce fluxo

Ces travaux montrent donc que le plasmalemme et le tonoplaste sont des sites de contrêl© des flux ioniques entrant des celluleso La loGalieation de ce contrôle à l^une des membranes dépend de la coacentrâtio7i extérieureo

2cO Cinétique des flux ioniques»

L“étude de la cinétique des flux ioniques de tissus à l^état stabla peut être considéréecomme la seul© méthode aboutissant à dos

(54)

= 50

blôm@ut que 1© flux entrant? est liaéais?© au cours du temps o G©s réa^^ltats ont été obtenus s\ir divers t5q?@s de tlsauo

ROBEHSÎSÜMg WÎIaïNS et FEMOa 1951 (118). BRIGGSg 195?91965 (11 et 1R)o

lAOnSSs 1959 (84). S'JÎGLÎFï*E5 I960 (150)O

BSÏG-GSg HORE et PITMAllg 1958 a et b (15 et 16)o VAN SÎB'«ïîîCKa 1964 (148).

JACKSON*et SSIBN* 1965 (75)o

De aomljreùses intoi^rétâtions ont été proposées. Les iHî.0e font appel à un processus irréversibl© * mais ont été contreversées

BHOXSH et R, OYSRSTREET* 1940 (21); Q. BRÏGGS* 1957 (11)§

G. BHIGGS et alto, 1958 (15). Les autres proposant un comparti" maat à remplir® En fait, les mesures de flux ©ntrantssont obt@= nues à partir de différences entre Inactivité spécifique du

tissu au temps t1 et au temps t2o Cas différences sont quantita tivement très faibles par rapport aux activités spécifiques applT»,»- quées dons le lallicu extérieur et* dès lors, n® permettent pas

(55)

“ '=

Il est donc difficile, sinon impossible de distinguer un petit compartiment d'un plus grand» Ceci a été le cas potar 1® fltix entrant de potassium chea Hitella traaslucena L» (B» Mac ROBBIE, 1962 g 1964 (90 ot 91) O II faut donc être ti^s prudent ®t tenir compte de cette objection lors de l'analyse de courbes de flux entrants,

Los mseures d© fltix sortants s© font en relevant l'activité appa= paissant dans l'échantillon de solution extérieur® succeesive- ment lais ©a présence du tissu» Iæi précision est infiniment plus

PITMANç 1953 (108) fut 1® premier à appliquer c®tt® méthode aux cellules de plantes si^érieures» Utilisant des dis<|uas de Beta vulgaris L» ©n équilibre avec la solution étudié© ©t travaillant à un© température proche de cinq dégrés centigrades afin d© réduire au maximiim le flux entrant total» Il analyse la vitesse de diffusion du potassium, sodium et bromure hors d© ces tissus» 13. montre, on plus de la composante des espaces extracellulaires g

1'existance d'au moins deux composantes cellulaires du premier ordre »

(56)

= 52

il les associ© au cytoplasme et à la vacuoleo A l'sxtmpla des cellules de Charsceae il sug^re que cee phases soat associées en série O A partir des vitesses d’échange et des contenus vacuo-- lairesç il est eamesure de calculer le contenu cytoplasmique

(57)

= 55

Do POTMO?ISL SLSOmqUS ET FLUX lOHI^UESo

Les différencas do potenti©! entre vacuole @t milisu ©x*»=- térieur poa\*’ent être relavées aspérimantalomont par les métho^^ des appliquées aux ceilulae animales <, Ici encore « des difficul=» tés mécaniques ©t électriques doivent être surmonté©® o En prs» mi©r lieu, las microélectrodes utilisées doivent êt2?© suffisam«=> ment résistantes pour pouvoir pénétrer dans la membran© cellulaire-, En deuxième lieu, le percement de cette mombran©, aux ccmposants pactiquQS abondants, entraliiQ souvent l'apparition d®im potentiel de pointe. En troisième lieu, il faut résoudre 1© problème de la

localisation de satt@ microélectrode dans la csllulo s est^ell© dans le protoplasme ou dans la vacuole?.4 *, WALKER (152) | B oBLOUÎîT ©t B. LF4YEBAHL (9b) O

(58)

roc-bQSg So MaGROBBIB st Jo DAIOTY (95)|Ho PIQ?MâSI (108) ®Uç baaoQS easeatiQUement sur des ciaétiques de flu:æ ioniques g n© sont pas sans susciter quelques doutes o II n“8st pas étonjüaat qu®un grand nombre de nos connaissances sur les relatiori^ ioni ques des cellules végétales aient été obtenues à partir d®études siar les cellules géantes d® algues coenocytlqueSo

1û Cellules géantes d®algues coenocytiqueso

1ao Transport ionique et potentiel de reposo

Les cellules babituollement étudiées sont celles de Valonia»

Halicvaria ©t Iss longues cellules intsrnodales de Hit©lia ©t d© Cbarao Ij®3 prejaières observations ont montré que la composition

suivant résume las données analytiques obtenues par S o HOAGIAHD et A O DAVIESj 1929 (58)O

CüTapoaition du suc vacuolaig'a de Nitella HOAOLÂKD at DâVIESsl929. (5S)

(59)

55

L°®3d.st«nc® baffrièr® à perméabilltïé différentielle

at localisée entre le milieu extérieur ©t la vacuole est suggérée par ces donnéeso Des précisions relatives à cett® barrièr© ne pouvaient être obtenues qu®à partir de ses caractéristiques élec=“ triques O Entre 1920 ©t 1950 « successivement OSTEHHOÜT (10^107)? lo BUMS (10)? 0^ O AÜGBH (4) et ko UMRATH (143)9 parmi les prin=

cipauxç ont recueilli un nombre considérable de données ©spérimen'» taies relativôB aux propriétés électriques de ces algueso

Il est difficile de résumer brièvement des travaux axissi im= portants O Des faits capitaux peuvent cependant être dégagés s

les propriétés électriques découlent d® l'activité métabo!“ ilque du système étudié et sont liées à certaines structur îs d© la couche protoplasmiqueo

D'un point de vue chimique9 de tels mouvements ioniques étaient difficiles à analyser par les méthodes classiques 9 alors qu'actuellement leur mise ©n évidence est beaucoup plus aisé®ç grâce à l'emploi d'isotopes radioactifso

(60)

&t J

O DAÏIÎTY5 Nitella aad-llagls Lo „

3

o DIAMOÎTO ©t

A.

SOLOMONs soat équilibrées dans ua milieu astérieua? identique à leur Bûilieu naturel^ mais contenant certains isotopes radioactifso En mesurant la vitesse d®échange d© ces radioisotopes9 quand les cellules sont transférées dans des solutions identiques mais non actives 9 ils montrent que pour le potassium ©t la sodiuEgCes cellules S9 comportent comme un système à trois coErpartimentâo MacROBBIE et DAINTY identifient le compartiment montrant la plus fa:l.bl® vitQss© de flux sortant à la vacuole* La composent® inter-» médiair® est associé© au cytoplasme9 et la plus rapide aux espaces 0xtra“Cellulair®So Leur détermination des quantités relatives do potassium et de sodium dans ces compartiments sont du plus haut intérêt9 comme nous le verrons par la suite*

En premier lièu® dans les conditions e:q)érimentales 9 la cellule est en équilibre de flux9 c'est-à-dire que poxir chaque ion étudié9 lo flu» entrant égal© le flux sortant» Oes flux sont respectivement -Douri Ha »

• - 2 “i

K » 09,25 picomoles cm’“ » sec Cl = 0ç5

(61)

H. *57

Ion Co/Ci E 28 log §1 (mV)

Na"^ 0*556 CO ₁₅

K*^ _0*00575 es ₁₅₀

01“ 0*170 4- 45

« ■= 2s^00 cal o mol®

^/ÙK «» 4- 250 cal 9 mole A/i Cl - 4. ç80 cal O mole

Il apparaît que seul 1® potassium est proche d© son équili» hre éloctrochimiquoo I© sodium ©t les chlorures doivent donc être transportés activement^ 1® premier à 1“extérieur9 le second à l^intériauTo L'équation aux flux partiels, appliqués aine flijx de ïïa ot da 01, montre clairement qu© le flux sortant de Na et le flux entrant d© 01 doivent être presque entièrement le résul= tat d'un mécanisme actifo

entre la vacuole et le milieu extérieur* soit au niveau du plas= malemrae* soit au niveau du tonoplastOo D'après les études

cinétiques* il est possible de déduire que la rapport des concen- trations de K ©t d© Na dans le cytoplasme est semblable è ce

(62)

Goïniaa corollaire ç puisque K est en équilibre élecbrocMmique » la différence d© potentiel entre la vacuole et le lailieu

Ces déterminations de la différence de potentiel, au travers du plasmaleims et au travers du tonoplaste,, effectuées par

A. WALÎCER sur Ni tell a (i52°153) et parRo BLOUKî et:B a LEYENDAEL 3^3? Halicystis (9b) confirment cette prévisiono

S O Me.c ROBBIE et Jo DAIKÎY^ 1958 (95) suggèrent que le méca nisme actif agissant sur les chlorures est localisé au niveau du tonoplaste 5 les valeurs estimées du contenu en chloicures étant plus faible pour le cytoplasme que pour la vacuole 0 Le schéma p.rovisoire proposé pour les cellules de MtellonsiB obtuBao, en équilibre'de flux, peut être résumé comme suit g

(63)

59

Eo MasROBBÎE et Jo DAIIf!PT (96) ont également étudié les relations ioniques du thalle de Rhodymenia nalmata Lo Le schéma précédent est aussi retenu pour ces ealluleso En 1960^ Bo BIOMü* et B, LE'^DAHL l“ont appliqué aux cellules d°Halicystis oiralis L- Les données esqiériîaentales sont les suivantes 8

La différence de potentiel est de «SOmV, ce qui est proche du potentiel électrochimique du potassium (- 8^ m?)o

Les études de BLOUÎÎT et LETEDAHL combinent également des cinétiques de flux ioniques et des mesures de colorant de co^irt-’ circuit (appliquées avec succès par USSÏHG et ZERAHB (145)o

Le contenu de la vacuole d’Halicystis cvalie Lo ayant ,été remplacé par une solution identique à celle du milieu extérieur et a la différence de potentiel annulée par un circuit de contre^ réaetiono Dans ces conditions, toutes les forces physiques eapa^ blés d-agir sur les mouvements ioniques sont annulées et tout courant enrégistré peut être associé à un transport actif d'iom L*^emploi simultané de radioisotopes, soit à 1“intérieur, soit à l^extérieur des cellules, permet une mesure précise des fl uxn

(64)

60

-à localiser le mécanisme acfcif sur le sodium au niveau du plasma^ lemme^ et celui agissant sur le chlorure au niveau du tonoplastso

La sugjiestion de l’existence d’une membrane cytoplasmique effective et externe par ces chercheurs revêtait une importance primordial-Sç sachant que certains phytophysiologistes avaient montré que le plasmalemme ne pouvait constituer une barrière

à la libre de diffusion ionique entre cytoplasme et milieu exté= rieur o

Le développement d'ensembles de comptage radioactif très sensibleset à très faible bruit de fond^ permet 1’utilisation plus courante de dans les études de fluxo

Aussi s en 196^-^ MacROBBÏE et SPANSWICK et WILLIAMS (122) notemment, localisent le mécanisme actif associé aux chlorures nu niveau du plasmalemmeo

Bien qu’en première approximation^ le potassium soit très près de son équilibre éleetrochimique dans les différentes

compartiments (sf b litello-psisg Halioystis et Ghara « HOPE et WALKERç, i960 (71)^ on peut croireç d’après les récents travaux de MacROBBIE ©t WILLIAMS ©t SPAKSWXGE sur Hitella translucens à l’existence d’un transport actif de potassium à l’intérieur des cellules de Characeaeo Ce mécanisme est très souvent masqué par l’important transport passif de cet ion au travers des membranes^ Le plasmalemme serait encore le siège de ce mécanisme actifo

(65)

(J>‘1 ■=

potassium vie=>à-iris de gl.ycosldes cardiaques „ aoteinment . 1 “ oiîabaïne J suggère un couplage î5’a~K contrôlé par l'’AÎ'Paseo (Eo MasROBBIE;, 195^ O'I)^ (Situation semblable aux cellules animales SKOU5 1964 (120)o Le peu d"effet de l^ouabaïne sur 1® flux de Cl est une confirmation que ce flux est indépendant des doux autres 0 Par i® emploi de microé3.®ctrodœa inaéréeadans la

■vacuole et dans le cytopiaeme d'''une espèce non identifiée da. Mtellac WALKEH (153) montre que la résiaitance électrique du plasmal.emrae est supérieure à celle du tonoplaste. Cbess 0^j?a

P ^

austral.is Los des valeurs de 12^1 KohmoSm et l^^l KohiOocm' sont trouvées pour ces membranes (FINDLAY et ÏÏOPE (42) o

Ces valeurs sontç comme chea Nitella tranalucens Lo9 WILLIAMS9 JOHNSfON et DAIÎ'ITY (15^!-)? -nettement inférieures eux valeurs calculées diaprés les flux ioniqueso Ces différences g; râlement observées chez toutes les Characeae supportent l’hypotï è>= se déjà émise par DATNTY^ 1962 (26) que les théories basées sur un mouvement ionique indépendant doivent être complètement revut s plu.t6t que d”y introduire d“autres simplifications (mouvements

ioniques en file au travers de pores § HODG-KIH et KEIîïSS (59) r Le diagramme suivent résume9 les résultats obtenus à

partir de l'algue coenocytique géante la mieux connue Mtellac MacROBBÏE g 1957s 1962g 1964g 1966 (89 à 94)g

(66)

c=i ^2 ^

(12a)?

SüîOIS-HEK et ?/3:LLIAIJB s 196^^ ('i25)?

jaSHIMOTO ©t TAZ/).WA 8 1965 (76) | BAHR 8 1965 (9a)O Plasmalem© Toznoplaste Solution exfeérieiwe chloreiîs?© 10 5 pctafisiiim 0„1 . sodltim I0O calcium O0I phosplaate 0o2; cytoplasm© 65^ 119^ 14 ^ 8“ 5Z yaouol© 160 :?■ 75 ± 65 12 2<=4 ECoo'^i 55 E0t=»”2O E 8 es Hillivoits Q g en raillimoleso § Fl\ix aetifo

(67)

63 C9

©t t2?ès le33.t©m©zï.t sa Tal@ur iaitialOo Durant c@tt« activité cel= lulairog on le passage d®un courant électrique antre la aoae dépolarisé© ot les zones voisines^ caractérisées par un poten tiel do repos normal* Ce courant entraîne à son tour une dépolari sation passagère des régions voisinas o Une ond© d® activité s© dé place donc 1© long de la m©nbran®ç à partir du point d^esccitationo Chez NitQlla translucena L» ©t Chara a^l3trali3 L» ç la vitesse de propagation d© cett© ond® est de trois à quatre centiatôtres par seconde* Quant à la d^iré© du potentiel d®action, ( FXHDLAY, 1959 (59)9 elle est de l’ordre de cinq secondeso

Il ©st généralement admis que ce potentiel d’action est la conséquence d^un© augmentation transitoire de la conductance de la mombrea© pour un. ou plusieurs ions , ( HODGKIN ©t HUXLEY (61-62)o

£ii)^Lô potentiel d®actiono^

Vo OSÏERHOUÏ et HILL* 1930 (10?) travaillant sur diverses

Cbaracea©*. observent pour la première fois cette activité cellulai re transitoire et lui reconnaissent des caractéristiques semblables à celle du potentiel d’action ©nrégistré sur les cellules ner

veuses O