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La chimioréception (odeur, goût, chimiotaxie) repose sur la détection de molécules uniques ou de petits groupes de molécules. Le processus commence par le transport des molécules de la source au récepteur : dans l'air (D 10 m²/s) la diffusion libre est lente (heures pour franchir 1 mètre), mais la convection (Pe = uL/D >> 1) transporte les molécules beaucoup plus rapidement, formant des panaches odorants que les animaux traquent activement.

La cinétique de liaison récepteur-ligand suit le modèle de Hill : = [L]^n/(K_d^n + [L]^n). Lorsque n = 1 (non coopératif, Langmuir) la courbe est hyperbolique ; pour n > 1 (coopératif, comme pour l'hémoglobine), la courbe est sigmoïde avec une réponse plus raide proche de K_d. Le système olfactif humain a un K_d typique de 10 10 M, ce qui le rend extraordinairement sensible.

Le seuil de détection N_min C_threshold · V · N_A quantifie le nombre minimum de molécules nécessaires pour activer le récepteur : dans les récepteurs olfactifs des insectes, N_min peut être aussi faible que 1 à 10 molécules de phéromone. Le système olfactif du papillon peut détecter les phéromones sexuelles à des concentrations de 10¹ M, ce qui équivaut à 6 molécules par cm³ d'air.

Le gradient de concentration C/L_sensor est le signal de la chimiotaxie : les bactéries E. coli détectent C/C 0,001 entre leurs extrêmes (L 2 m), ce qui nécessite de détecter des différences de concentration de 1 sur 1000 entre la tête et la queue. Ce gradient spatial dirige le mouvement vers des concentrations plus élevées (attractifs) ou des concentrations plus faibles (répulsifs). Chez les mammifères, les neurones du bulbe olfactif combinent les signaux provenant de milliers de récepteurs pour détecter les gradients spatiaux dodeur.

Le nombre de Péclet Pe = uL/D compare l'advection à la diffusion : Pe >> 1 signifie que le transport convectif domine (le courant air/eau transporte l'odeur) ; Pe << 1 signifie que la diffusion domine. Les antennes papillon (L 1 mm, u 0,1 m/s, D 10 m²/s) ont Pe 10, dans le régime dans lequel les deux mécanismes comptent et la géométrie de l'antenne (pectinée pour une plus grande surface) maximise la capture moléculaire.

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