Fiche de révision · S3

Résumé — Biophysique

Tout le module en une page : les chapitres condensés en points essentiels, le vocabulaire et les pièges d'examen. Pour la veille de l'épreuve.

Introduction à la biophysique et solutions bio-électrolytiques

Biophysique = phénomènes physiques du vivant + action des agents physiques externes + méthodes d'imagerie et de thérapie.
Molarité C = n/V (mol/L de solution) vs molalité (mol/kg de solvant) ; concentration équivalente C_éq = |z| × C (mEq/L).
Électrolyte fort (NaCl, HCl) → dissociation totale ; électrolyte faible (acide acétique) → dissociation partielle, α < 1.
Mobilité ionique v = u × E ; densité de courant j = Σ|zᵢ| F Cᵢ uᵢ E ; conductivité σ = 1/ρ, résistance R = ρL/S.
Loi de Fick : J = −D dC/dx ; D = k_BT/(6πηr) (Stokes-Einstein) ; électroneutralité : Σ cations = Σ anions en mEq/L.

Osmose = passage du solvant à travers une membrane semi-perméable vers la solution la plus concentrée, jusqu'à la pression osmotique π.
Osmolarité = i × C (i = 1 glucose, 2 NaCl, 3 CaCl₂) ; plasma ≈ 290–300 mOsm/kg, sérum physiologique ≈ 308 mOsm/L.
Loi de van 't Hoff : π = i C R T ; pression oncotique des protéines plasmatiques ≈ 25 mmHg (équilibre de Starling).
Cryoscopie : ΔT = 1,86 × osmolalité ; plasma gèle vers −0,56 °C ; mesure de référence de l'osmolalité.
Tonicité ≠ osmolarité : l'urée est iso-osmolaire mais hypotonique (traverse la membrane) → hémolyse ; hypertonique → plasmolyse.

Tension superficielle σ (N/m ou J/m²) due au déséquilibre des forces de cohésion en surface ; eau ≈ 72 mN/m à 20 °C, diminue avec T et les tensioactifs.
Loi de Laplace : ΔP = 2σ/R (une interface, goutte/alvéole) vs 4σ/R (bulle de savon, deux interfaces) ; petit rayon → forte surpression.
Surfactant pulmonaire (DPPC) abaisse σ proportionnellement à la petitesse de l'alvéole → stabilise les alvéoles ; son déficit cause la détresse respiratoire du prématuré.
Loi de Jurin : h = 2σ cos θ / (ρ g r) ; ascension d'autant plus haute que le tube est fin.
Loi de Henry : C = k × P (gaz dissous proportionnel à la pression partielle) → O₂/CO₂ dans le plasma, accident de décompression.

Angle de contact θ (relation de Young σ_SG = σ_SL + σ_LG cos θ) : θ < 90° mouillant, θ > 90° non mouillant.
Viscosité η (Pa·s, loi de Newton τ = η dv/dz) : eau ≈ 1 mPa·s, plasma 1,5–2 mPa·s, sang 3–4 mPa·s (non newtonien, effet Fåhræus-Lindqvist).
Loi de Poiseuille : Q = πr⁴ΔP/(8ηL) → résistance en 1/r⁴ ; diviser le rayon par 2 multiplie la résistance par 16 (rôle des artérioles).
Nombre de Reynolds Re = ρvD/η : laminaire < 2000, turbulent > 3000 (souffles cardiaques, sténoses).
Loi de Stokes : F = 6πηrv, vitesse limite v_lim = 2r²(ρs−ρl)g/(9η) → viscosimètre à bille, vitesse de sédimentation.

Coulomb (ion-ion) en 1/r, la plus forte et la plus longue portée ; affaiblie ×80 dans l'eau (constante diélectrique D ≈ 80) → ponts salins.
Ion-dipôle en 1/r² → solvatation des ions (sphère d'hydratation), plus forte pour Ca²⁺/Mg²⁺ que pour K⁺.
Van der Waals en 1/r⁶ : Keesom (dipôle-dipôle), Debye (dipôle-dipôle induit), London (dispersion, existe même entre molécules apolaires).
Liaison hydrogène : 10 à 40 kJ/mol, directionnelle ; appariement A=T (2 liaisons)/G≡C (3 liaisons), hélice α et feuillet β.
Effet hydrophobe : d'origine entropique (libération de l'eau ordonnée), moteur du repliement des protéines et de la bicouche lipidique.

E = hν = hc/λ ; E(eV) ≈ 1240/λ(nm) ; spectre croissant : radio → micro-ondes → IR → visible → UV → X → γ.
Seuil d'ionisation ≈ 13,6 eV (hydrogène) : au-delà, rayonnement ionisant ; UVB non ionisant mais forme des dimères de thymine.
α = noyau d'hélium, arrêté par le papier · β = électron/positon, arrêté par l'aluminium · X et γ = I = I₀e^(−µx), arrêtés par le plomb.
Gray (Gy = J/kg) = dose absorbée · Sievert (Sv) = dose équivalente/efficace · Becquerel = activité, N = N₀e^(−λt).
Effets déterministes (avec seuil, gravité ∝ dose) vs stochastiques (sans seuil, probabilité ∝ dose) ; imagerie de transmission (X, scanner) vs d'émission (scintigraphie, TEP).

Loi de Beer-Lambert : A = ε l C (solutions diluées, lumière monochromatique) ; protéines à 280 nm, ADN à 260 nm (A260/A280 ≈ 1,8 pour ADN pur).
Chromophore = groupement absorbant ; auxochrome = déplace λmax ; conjugaison → effet bathochrome (vers le rouge).
Diagramme de Jablonski : absorption → relaxation non radiative → fluorescence (S₁→S₀, singulet, 10⁻¹⁰–10⁻⁷ s) ou conversion intersystème → phosphorescence (T₁→S₀, triplet, persiste).
Déplacement de Stokes : λ émission > λ absorption ; rendement quantique Φ entre 0 et 1 ; quenching par O₂, FRET efficace sous ≈ 10 nm.
Fluorescence intrinsèque : tryptophane (280→350 nm), NADH (340→460 nm) ; externe : fluorescéine, DAPI, GFP.

Équation de Nernst : E_ion = (61/z) log(C_ext/C_int) mV à 37 °C ; E_K ≈ −90 mV, E_Na ≈ +60 à +70 mV, E_Cl ≈ −70 mV.
Potentiel de repos ≈ −70 mV, dominé par la perméabilité au K⁺ ; pompe Na⁺/K⁺ ATPase (3 Na⁺ sortis, 2 K⁺ entrés) entretient les gradients.
I_ion = g_ion (V_m − E_ion) ; potentiel d'action : seuil ≈ −55 mV, dépolarisation (g_Na↑) → repolarisation (g_K↑) → tout ou rien.
Périodes réfractaires absolue (Na⁺ inactivés) et relative ; TTX bloque le canal Na⁺, TEA bloque le canal K⁺.
Conduction continue (fibre amyélinique, 0,5–2 m/s) vs saltatoire (fibre myélinisée, nœuds de Ranvier, jusqu'à 120 m/s) ; synapse chimique : Ca²⁺ → exocytose → PPSE/PPSI.

Osmolarité: moles de particules dissoutes par litre de solution
Tonicité: effet d'une solution sur le volume cellulaire
Tension superficielle: force par unité de longueur à l'interface liquide-gaz
Viscosité: résistance d'un fluide à l'écoulement
Nombre de Reynolds: critère sans dimension laminaire/turbulent
Van der Waals: interactions dipolaires faibles en 1/r⁶
Effet hydrophobe: regroupement des groupements apolaires, d'origine entropique
Rayonnement ionisant: énergie suffisante pour arracher un électron (> 13,6 eV)
Absorbance: A = εlC, mesurée au spectrophotomètre
Fluorescence: émission de photon depuis un état singulet excité
Potentiel de Nernst: potentiel d'équilibre électrochimique d'un ion
Conduction saltatoire: propagation du potentiel d'action de nœud en nœud