Choc osmotique
Définition
Le choc osmotique consiste en une dérégulation des pressions des deux côtés d'une membrane qui ne peut mécaniquement pas résister à ce changement brutal de différence de pressions. Cette brusque modification de la pression osmotique exercée sur la membrane, généralement hémiperméable, conduit à la rupture de la membrane.
Un schéma simplifié des cellules subissant des conditions de choc osmotique. (A) Une concentration élevée d'osmolytes (gris) dans le milieu de croissance bactérienne provoque la perte d'eau des cellules (rouge et bleu) par osmose. De ce fait, les cellules sont incapables de se développer et de se diviser. (B) Pour inverser ce processus, les cellules synthétisent et absorbent des osmolytes supplémentaires (rose) jusqu'à ce que l'équilibre osmotique soit rétabli et que les cellules ne perdent ni ne gagnent d'eau. À ce stade, ils continuent de croître et de se diviser, bien qu'à un rythme réduit, et les osmolytes supplémentaires stabilisent la forme active de votre protéine cible.
Explications
Chez l'homme ou de nombreux mammifères, les globules rouges peuvent subir une hémolyse par choc osmotique.
Le traitement de certaines infections ou maladies parasitaires par choc osmotique est très efficace, et assez simple à mettre en oeuvre. Le but de cette manoeuvre pour induire une opposition inverse à l'osmose consiste à détruire la membrane d'une cellule en jouant sur les concentrations salines du milieu dans lequel la cellule vit. Les organismes d'eau salée sont trempés dans l'eau douce, et les organismes d'eau douce font un bain à l'eau salée.
On a fait éclater les cellules (ou l'organisme unicellulaire dans le cas d'un parasite simple) en les plongeant sans ménagement dans une solution à concentration saline opposée au milieu d'origine; ainsi, dans le cas d'un milieu hypotonique, on va brutalement augmenter la concentration en sel, tandis que depuis un milieu hypertonique, on va diluer le sel par apport d'une eau douce, typiquement de l'eau osmosée sans sel.
Dans le cas d'un milieu hypotonique initialement, pour équilibrer la concentration entre le milieu intracellulaire et le milieu extracellulaire, de l'eau va rentrer dans la cellule, tant et tant que celle-ci va gonfler puis finit par littéralement éclater. À ce moment-là, le matériel cytoplasmique n'est plus retenu par la membrane et il va se diluer dans le milieu. La cellule est morte.
L'exposition des cellules bactériennes à des concentrations externes élevées d'osmolytes (petits composés solubles qui régulent le volume cellulaire) retarde la croissance et la division cellulaires. En effet, les cellules perdent de l'eau dans le milieu de croissance par osmose, ce qui entraîne ce que l'on appelle un choc osmotique.
Le choc n'est pas mortel et les cellules finissent par s'y équilibrer en synthétisant et en absorbant leurs propres osmolytes. Cela empêche la perte d'eau et permet aux cellules de continuer à croître et à se diviser. Chez E. coli, l'hôte le plus courant pour l'expression des protéines, ces osmolytes comprennent le potassium, le glutamate et le tréhalose.
Le choc osmotique augmente la solubilité et l'activité des protéines exprimées. La théorie dite osmophobe affirme que les interactions chimiques entre l'osmolyte et le squelette de la protéine cible sont énergétiquement défavorables. Ces interactions sont présumées être moins répandues lorsque la protéine est repliée, de sorte que la forme native et vraisemblablement active est promue in vivo pendant l'expression.
Voir aussi le choc thermique.
Synonymes, antonymes
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