Le débit molaire diffusif du soluté Jd est donné par la loi de Fick: Exercice n°1 Diffusion au travers d’une membrane. Rappels: Le débit molaire diffusif du soluté Jd est donné par la loi de Fick: Jd= -D S’ dc/dx Jd s’exprime en mole/s Où D = coefficient de diffusion du soluté considéré dans la solution (m2/s) D= RTb où R = cste gaz parfais (8,31 J°K-1 mole-1), T = °K, b= mobilité mécanique molaire (s/kg) , b= 1/ (N 6 p h r ) avec N= nb d’Avogadro (6,023 1023) h= viscosité du milieu (Pa s) r= rayon de la molécule (m) D= kT/6 p h r car k=R/N = cste de Boltzmann (1,38 10-23 J) D= kT/ 3 M pour un soluté de forme quelconque (M= masse molaire) S’ = aire des pores perméables au soluté (m2) et S’= (1-s) k S dc/dx = gradient de concentration au travers de la membrane

On connaît les coefficients de diffusion D, la masse molaire de la ribonucléase, il faut calculer la masse molaire du virus de la mosaïque du tabac: Utilisation de la formule donnant D en fonction de M : D= kT/ 3 M D1 = D ribonucléase = kT/ 3 Mrib D2 = D mosaïque du tabac = kT/ 3 Mmos D1/ D2 = 3 Mmos/Mrib Mmos= Mrib (D1/D2)3 Mmos= 13700 (10,68 10-7 /0,73 10-7 )3 Mmos= 4,29 107 g mole-1

Jd= -Dm S dc/dx Attention aux unités!!! Exercice n° 2 1 2 Urée 24g/l Mannitol 0,5 mole/l Urée 24 g/l Pour l’urée, c1 = c2 => il n’y a pas de diffusion Pour le mannitol Dc/Dx = c1-c2/Dx Avec c1= 0,5 mole/l = 91g/l = 91kg/m3 et c2= 0 => Dc= 91/Dx kg/m4 (-91/Dx kg/m4 également correct) b) Utilisation de la relation de Fick : Jd= -Dm S dc/dx Attention aux unités!!! Jd=1,5 10-2g/heure = 1,5/182 mole/heure soit 8,24 10-5 mole/h Dm = 0,4 cm2/jour =0,0166 cm2/h Dc= 0,5 mole/l = 0,5 10-3 mole cm-3 et S= 10 cm2 Dx= Dm S dc /Jd = 0,0166 . 10 . 0,5 10-3 /8,24 10-5 = 1,01 cm

ps = cs RT (loi de Van’t Hoff) Exercice n°3 La pression osmotique est la pression exercé par un soluté sur une membrane qui lui est totalement (ou partiellement imperméable). Pour une membrane imperméable au soluté on a: ps = cs RT (loi de Van’t Hoff) Avec cs = concentration osmolale du soluté R = constante des gaz parfaits= 8.31 J. osmole-1. °K-1 T= température °K Pour une solution avec plusieurs solutés : p = ici RT Ici solution de NaCl. Le NaCl étant dissociée en Na+ et Cl-, il faut prendre en compte, pour le calcul de la pression osmotique les concentrations molales de Na+ et de Cl- Cosmole NaCl = CNa+ + CCl- = 2 CNaCl

p = cs RT Calcul de C NaCl : C NaCl = Nb moles NaCl / volume d’eau Nb de moles de NaCl = 11,7/(23+35,5) = 0,2 moles Volume = 0,5 litre C NaCl = 0,4 mole/l = 400 moles/m3 => Cosmole NaCl = 2 CNaCl = 800 osmole/m3 p = cs RT p = Cosmole NaCl RT p = 800. 8,31 . (27 + 273)= 1,99 106 Pa

Exercice n°4 L’effet Donnan s’observe entre 2 compartiments séparés par une mb dialysante si l’un des compartiment comporte une protéine dissociée: Les petits ions diffusibles vont diffuser du compartiment où le produit ionique est le plus grand vers le compartiment où le produit ionique est le plus faible tout en respectant l’électroneutralité de chaque compartiment => chaque ions diffusible sera en concentration différente entre les 2 compartiments A l’équilibre , les potentiels d’équilibre de chaque ions diffusible sont identiques et égal au Potentiel d’équilibre de Donnan A l’équilibre les relations suivantes sont vérifiées (cas d’une protéine, d’un cation et de KCl) [C+]2/ [C+]1 = [K+]2/ [K+]1= [Cl-]1/ [Cl-]2

1 2 b) A l’équilibre on devrait avoir [Na+]1/ [Na+]2 = [Cl-]2/ [Cl-]1 Pr- 40 mmol/L Na+ 40 mmol/L 1 2 Na+ 200 mmol/L Cl- 200 mmol/l b) A l’équilibre on devrait avoir [Na+]1/ [Na+]2 = [Cl-]2/ [Cl-]1 Ici [Na+]1/ [Na+]2 = 1,4 et [Cl-]2/ [Cl-]1 = infini => il ne s’agit pas d’un équilibre c) A l’équilibre on devrait avoir [Na+]1/ [Na+]2 = [Cl-]2/ [Cl-]1 A l’équilibre on devrait avoir [Na+]1 . [Cl-]1 = [Na+]2 . [Cl-]2 (égalité des produits ioniques) ici [Na+]1 . [Cl-]1 = 0 et [Na+]2 . [Cl-]2 = 40000 pour qu’à l’équilibre [Na+]1 . [Cl-]1 = [Na+]2 . [Cl-]2 il faut que les ions se déplacent du compartiment 2 vers le compartiment 1 On peut aussi raisoner directement sur les Dc des ions diffusibles: - pour Na +, c2>c1 le Na+ diffuse de 2 vers 1 mais il y a rupture de l’électroneutalité avec comme option pour la corriger une migration électrique de Cl- de 2 vers 1 pour respecter l’électroneutralité -

c) Pour le respect de l’électro-neutralité, obligatoirement la même quantité de Cl- et de Na+ passent du cp 2 vers le cp 1 A l’équilibre on a : [Na+]1 . [Cl-]1 = [Na+]2 . [Cl-]2 (40+ x) . x = (200 – x) . (200 – x) 40x + x2 = 40000+ x2 – 400x => x= 90,9 Pr- 40 mmol/L Na+ (40+ x) mmol/L Cl- x mmol/L 1 2 Na+ (200-x) mmol/L Cl- (200-x) mmol/L Jd Je Pr- = 40 mmol/L Na+ = 130,9 mmol/L Cl- = 90,9 mmol/L 1 2 Na+ =109,1 mmol/L Cl- = 109,1 mmol/L

d) Calcul du potentiel d’équilibre Veq12= V2-V1= -(RT/ziF) . ln( [Na+]2/ [Na+]1) = -(RT/ziF) . ln( [Cl-]2/ [Cl-]1) Veq12= V2-V1= -(RT/F) . ln( [Na+]2/ [Na+]1) V2-V1= - (8,31 . 310 / 96500) . ln ( 109,1/130,9) V2-V1= - 4,86 mV (ou V1 – V2= 4,86 mV)

Le transfert diffusif Jd d’un soluté au travers d’une membrane : A) est lié à une différence de pression hydrostatique de part et d’autre de la membrane B) répond à la loi Jd= - D S’ dc/dx C) est indépendant de la température D) varie avec la viscosité du milieu E) varie avec le rayon du soluté F) Toutes ces propositions sont fausses Réponse : B, D, E

La pression osmotique A) Est liée à l’action des solutés s’exerçant sur les parois d’un compartiment B) Se rencontre quelque soit le type de membrane C) Est indépendante de la température D) Est inversement proportionnelle au volume du compartiment E) Toutes ces propositions sont fausses Réponse A, D

La clairance : A) Le concept de clairance sert à quantifier l’efficacité d’un système destiné à épurer une solution vis-à-vis d’un soluté donné B) La clairance plasmatique de la créatinine sert à évaluer le débit de filtration glomérulaire C) La mesure de la clairance plasmatique de la créatinine nécessite une prise de sang et un prélèvement d’urine d’1 heure D) La clairance plasmatique de la créatinine (Clcréat) se calcul à partir de l’équation suivante : U.P / V où U= concentration urinaire de la créatinine, P = concentration plasmatique de la créatinine et V = volume d’urine émise en 24h E) Toutes ces propositions sont fausses Réponse A, B

1. A- Les particules chargées ont des interactions aléatoires avec la matière B- Les particules chargées lourdes sont directement ionisantes C- Les particules chargées légères sont indirectement ionisantes D- Une particule chargée donnée ne peut interagir qu’avec un électron ou qu’avec un noyau E- Une particule chargée peut interagir à la fois avec un électron et un noyau Réponse : B, E

2. Lorsque qu’un faisceau d’électrons négatif interagit avec la matière : A- Lors d’une interaction avec un électron du milieu l’électron incident perd toute son énergie B- L’interaction entre l’électron incident et un électron du milieu s’appelle effet photo électrique C- il peut y avoir production d’effet photoélectrique D- Une proportion importante de l ‘énergie du faisceau est transmise à la matière E- une réaction d’annihilation peut se rencontrer Réponse : C, D

3. Lorsque qu’un faisceau d’électrons interagit avec la matière : A- plus son énergie est élevée, plus son pouvoir ionisant est fort B- il peut être totalement arrêté par un écran d’épaisseur donné C- son TEL est indépendant du matériau considéré D- le TEL correspond à l’énergie total libérée E- sa profondeur maximale de pénétration se calcul à partir de la formule R(cm)= 0.31 E3/2 Réponse : B

4. La réaction d’annihilation A- se produit lors d’une interaction entre un électron positif et la matière B- abouti à la production de deux électrons émis à 90° l’un de l’autre C- abouti à la production de 2 photons d’énergie > 511 keV D- abouti à la production de 2 photons d’énergie dépendant de l’énergie de l’électron incident E- constitue la base physique de la tomographie d’émission de positons Réponse : A, E

5. Les particules a A- sont des particules chargées légères B- ont des trajectoires rectilignes C- ont des trajectoires rectilignes car elle n’interagissent qu’avec les électrons D- ont un TEL élevé E- sont difficiles à manipuler en raison d’un parcours long Réponse : B, D

6. Les particules neutres : A- sont directement ionisantes B- peuvent être arrêtées par un écran d’épaisseur donné C- interagissent obligatoirement avec la matière D- interagissent plus souvent avec les électrons que les noyaux E- sont caractérisées par un coefficient d’atténuation dépendant du milieu traversé Réponse : D, E

7. A- L’atténuation des photons dans le vide répond à la loi I= I0/d B- L’atténuation des photons dans la matière répond à la loi N (x) = N0 e mx C- m est le coefficient d’atténuation linéaire D- m dépend de la nature du milieu traversé E- m est indépendant de l’énergie du photon considéré Réponse : C, D

8. Les rayonnements électromagnétiques (Rayons X et g) peuvent interagirent avec la matière par : A- Diffusion Compton B- Effet photo-électrique C- collision D- création de paire E- réaction photo-nucléaire Réponse : A, B, D, E

9. L’effet photo électrique A- peut se produire quelque soit l’énergie du photon incident B- donne naissance à un photon diffusé C- augment si l’énergie du photon incident diminue D- n’a pas d’application dans le domaine médical E- se produit entre un photon et un électron Réponse : C, E

10. A- L’effet Compton diminue si l’énergie du photon augmente B- la matérialisation se produit pour des énergies faibles C- la matérialisation est responsable d’une réaction d’annihilation D- la matérialisation augmente si Z augmente E- l’effet Compton augmente si Z augmente Réponses : A, D, E