ED de biophysique

[MademoiselleC]

Bonjour,

Hier j'ai été en ED de biophysique, la prof a corrigé tous les exercices et je pensais que j'avais à peu près tout compris. Aujourd'hui j'ai essayé de les refaire et je n'ai pas réussi a faire le dernier exercice... J'ai regardé la correction mais je me suis rendu compte que je n'avais pas du tout compris cet exercice !
Est ce que vous pourriez m'aider ?

Voici l'énoncé et les questions de cet exercice:

Un dispositif destiné à étudier les transferts d’eau, de micromolécules et de macromolécules est constitué de la manière suivante :
- un cristallisoir de très grande taille, rempli d’eau pure ; on admettra que son niveau d’eau et la composition du liquide qu’il contient restent constantes tout au long des expériences pratiquées ;
- un tube cylindrique de 1 m de haut, de 2 cm de rayon, dont l’extrémité supérieure est ouverte et dont l’extrémité inférieure est fermée par une membrane ; ce tube dont les génératrices sont placées verticalement est plongé dans le cristallisoir sur une hauteur de 20 cm. On note h la hauteur du liquide contenu dans le tube au-dessus du niveau du liquide du cristallisoir.
On suppose que la concentration des substances dissoutes dans le tube cylindrique est homogène à chaque instant.
On négligera pour cet exercice et pour cette solution (parce que l’albumine est à une faible concnetration) la différence entre le rapport des molalités et celui des molarités. Les conditions de l’expérience font qu’une solution d’osmolalité efficace (ou ici d’osmolarité efficace si on ne prend pas en compte la différence) = 1 mOsm/L
développe une pression osmotique identique à celle d’une colonne verticale de 25 cm d’eau.

Question 1 : On utilise une membrane dialysante et on place dans le tube, sur une hauteur de 20 cm (donc à l’instant
initial la hauteur h=0) une solution d’albumine (M # 68 kg/mol) de concentration 68 g/L et de masse volumique
1000 kg/m3.
Que va-t-on observer ? (Plusieurs réponses possibles)
A. On observe tout d’abord une montée du liquide dans le tube (augmentation de h)
B. h augmente et se stabilise entre 20 et 22 cm
C. h augmente et se stabilise entre 14 et 16 cm
D. h augmente jusqu’à ce que le liquide contenu dans le tube déborde et coule dans le cristallisoir
E. Compte tenu de la géométrie du système, différente d’un osmomètre classique, et de la nature de la membrane, on n’observe aucune variation perceptible de la hauteur h

Question 2 : Pour une seconde expérience, on utilise la même membrane dialysante et on place dans le tube, sur une hauteur de 20 cm une solution obtenue en diluant dans un litre d’eau 68 g d’albumine (M # 68 kg/mol et masse volumique 1000 kg/m3) ainsi que du Na+ et du Cl- chacun à une concentration molale de 160 mmol/L. La membrane dialysante laisse passer l’eau librement et rapidement, mais lentement les ions, et pas du tout les macromolécules. Au bout de plusieurs jours, le système est stabilisé et la concentration de l’albumine dans le tube est mesurée à 10 g/L.
Quels phénomènes, parmi les suivants, sont-ils possibles ? (Plusieurs réponses possibles)
A. On a observé tout d’abord une montée du liquide dans le tube
B. h a augmenté et, sans débordement ni jamais diminuer, s’est stabilisé à 25 cm
C. h a augmenté et le liquide contenu dans le tube a débordé et a coulé dans le cristallisoir
D. Après débordement, la hauteur h s’est stabilisée à 75 cm
E. La macromolécule a traversé la membrane dialysante

[cpoulain2001]

Salut
Alors pour que ce soit plus intéressant pour toi met nous ton raisonnement et on te corrige
(Si tu n'arrive pas à démarrer dis le je te donnerai un coup de pouce)

[MademoiselleC]

Pour la question 1, l'item A je comprend et je n'ai pas de problème. Comme on utilise une membrane dialysante, l'eau pure contenue dans le cristallisoir va passer dans le tube cylindrique donc il va y avoir une montée de liquide dans le tube. Il y aura une augmentation de h.
Maintenant, pour calculer h c'est plus compliqué !
On devrait utiliser la formule de la pression osmotique qui nous donne une relation entre h et la concentration osmotique car on sait que si Cosm=1mosm/L alors h=25cm.
Après je sais pas trop quoi faire... car il me manque des informations ou alors je ne sais pas traduire l'énoncé pour connaître les informations qu'il me manque! En ED la prof a réussi a trouvé que la pression osmotique était égal à la hauteur mais ou est passé l'accélération de la pesanteur ? La densité de l'eau vaut un donc on peut l'enlever mais la pesanteur ne vaut pas 1... elle est aussi passée de deltaC a Ce et je ne comprend pas comment.
Je n'arrive pas bien loin mais je ne sais pas quoi faire de plus !

Merci de votre aide

[cpoulain2001]

Heu alors la j'ai pas tout ce qu'il me faut
j'ai bien vu ton message je te répond lundi promis !

Pleins de bisous

[MademoiselleC]

D'accord merci beaucoup

[jonsnow1]

Meme question : Je bloque sur le meme exercice . Pourriez vous nous mettre un solution detaillee svp ? je pense que c est l exo le plus important de l ED.

Autre question sur le meme ED . C'est quoi exactement le Debit plasmatique dans la filtration glomerulaire ?? Quelle est sa formule .

Merci d'avance

[cpoulain2001]

Alors
Je suis pas sûre de moi mais je pense qu'il vous manque tout simplement une astuce et une formule
m'astuce c'est de pas oublier que calculer la Cosm et de la mettre en mol/L
68 g/L = 0.068 kg/L soit avec une masse molaire de 68 kg/mol
une concentration de 0.001 mol/L = 1 mol/\(m^3\)
La formule maintenant c'est celle de l'osmomètre de Dutrochet :
\(\Delta\)P = \(-\rho\).g.h = R.T.Cosm = \(\pi\)

Du coup avec les données de l'exercice tu as :

\(\frac{8.3*300*1}{1000*9.81}=0.254\)m

Donc après il faut choisir la solution la plus proche

C'est plus claire ?

[MademoiselleC]

Elle nous sert a quoi la masse molaire de 68kg/mol ? et on ne connaît pas la température ?
Sinon, je comprend le raisonnement mais ce n'est pas du tout le même que celui fait en ED du coup on avait trouvé que h se stabilisait entre 14 et 16 cm...
Alors que la il se stabiliserait à 25 cm.
En ED, la prof a trouvé une équation du second degré pour trouvé h.

Je ne sais pas trop... je ne comprend pas vraiment ce que la prof a fait mais je comprend ton raisonnement et je le trouve plus logique pour l'instant mais ca ne donne pas du tout le même résultat !

[cpoulain2001]

Sans la masse molaire tu ne trouve pas la concentration molaire ! Puis qu’à la base tu as une concentration pondérale.
En général si on te parles pas de la température tu dis en labo environ 300°K

Sinon met moi son raisonnement je regarderai
Quelqu'un a eu un autre prof avec une autre correction ?

[Loïc]

Alors, dans un exercice comme celui-ci, et typiquement dans tous les exercices de biophysique, il faut faire un tour d'horizon de toutes formules et lois que l'on connait relatif au sujet.
Tu cherches à calculer la hauteur de liquide dans le cylindre après osmose, typiquement tu vas utiliser la formule d'égalité des flux donnée en cours :
A tout moment tu as :
-un flux entrant du cristallisoir au cylindre illustré par une pression osmotique :\(P=R * T * C_{osmale}\) lié à la présence de l'albumine confinée dans le compartiment cylindre
-un flux sortant du cylindre au cristallisoir illustré par une pression hydrostatique : \(P=\rho * g * h\) due au "poids" de l'eau dans le cylindre.
Au bout d'un moment, à un équilibre, tu auras une égalité des flux: Flux entrant = flux sortant et ainsi il n'y a plus de mouvement et h est stabilisé.
Donc on aura \(\rho * g * h_{eq}= R * T * C_{osmolale}\) soit \(h=\frac {R * T * C_{osmolale}}{\rho * g} = \frac {8.31 * 300 * c_{osmolale}}{1000 * 9.8} = 0.25 * c_{osmolale}\).

Bon, c'est bien beau mais on ne connait pas le Cosmolale à l'équilibre. On réfléchit et on se rend compte que vu que l'albumine ne peut pas passer par la membrane, elle est coincée dans le tube et donc, au sein du tube, entre l'état initial et l'état final, on aura conservation du stock d'albumine : \(n_{initial} = n_{final}\) soit \(c_{initial} * V_{initial} = c_{final} * V_{final}\) Alors donc, \(c_{final}\) (celui qui nous intéresse dans la formule précédente) \(= c_{initial} * V_{initial} / V_{final}\).
-\(c_{initial}= c_{pondérale} / M (albumine) = 0.068 / 68 = 0.001 mol/L = 1 mol/m^{3}\)
-\(V = hauteur * \pi * r^{2} (cylindre)\) avec pour \(V_{initial}, hauteur_{initiale} = 20 cm\) et pour \(V_{finale}, hauteur_{finale} = 20 + h\)
Donc on a une égalite \(1 * 20 * 10^{-2} * \pi * r^{2} = c_{osmolale finale} * (20*10^{-2} + h) *\pi * r^{2}\) donc \(c_{osmolale finale} = 1 * 20 * 10^{-2} / (20*10^{-2} + h)\)

Ainsi donc, on a deux équations avec deux mêmes inconnues : h et \(c_{osmolale}\) et on va pouvoir mixer un peu tout ça pour tomber sur une équation du second degré avec une inconnue.
\(\frac {h}{0.25} = \frac{1 * 20 * 10^{-2}}{(20*10^{-2} + h)}\) et finalement \(h^2 + 0.2 * h - 0.05 = 0\). On résout et on trouve h= 0.145 m soit 14.5 cm.
Voilà pour le raisonnement de la 1, si tu comprends pas certains points, demande donc. Et pour la 2, je te laisse voir, le principe est similaire !