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Composition lmentaire de la matire vivante (M. Bombart) Page 1
CHAP . COMPOSITION CHIMIQUE ELEMENTAIRE DE LA MATIERE VIVANTE
1) Introduction Les substances qui forment la structure des tres vivants et en permettent le fonctionnement
comportent 2 grandes catgories
Les substances dites INORGANIQUES (l'eau, les sels minraux et de nombreux acides et bases,...)
Les substances dites ORGANIQUES contiennent des atomes de carbone (essentiellement les glucides, les lipides et les protides.)
A. LES COMPOSES INORGANIQUES
1) L'EAU
L'eau est le compos inorganique le plus abondant et le plus important de la matire vivante : elle
forme 60 80% du volume de la plupart des cellules vivantes (chez l'homme)
C'est l'lment fondamental du sang, de la lymphe, des sucs digestifs, du cytoplasme des cellules.
a) structure chimique
b) proprits Ce liquide temprature du corps a des qualits incomparables
Fig 1 Schma dun molcule deau : molcule polaire
l'oxygne y est charg ngativement, l'hydrogne
positivement
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GRANDE CAPACITE THERMIQUE
L'eau peut absorber ou librer beaucoup de chaleur sans que sa propre temprature ne
change de faon significative.
Sa prsence en si grande proportion dans la matire vivante prvient les changements
soudains de la temprature corporelle venant de facteurs externes (soleil..) ou internes
(activit musculaire...)
GRANDE CHALEUR DE VAPORISATION
Lorsque l'eau s'vapore (se vaporise), elle passe de l'tat liquide l'tat gazeux.
Cette transformation ncessite beaucoup d'nergie thermique utile quand nous transpirons : la sueur en se vaporisant vacue une grande quantit de chaleur.
EXCELLENT SOLVANT
L'eau est un solvant incomparable pour certaines molcules organiques ou
inorganiques.
Toutes les ractions (bio)chimiques se passent souvent en milieu aqueux
L'eau est le principal milieu de transport dans l'organisme (nutriments et gaz respiratoires dans
le plasma, dchets dans l'urine...)
REACTIVITE
L'eau est un ractif important de nombreuses ractions chimiques: 1) Ractions de dgradation ou hydrolyses Molcule 1 + H2 O molcule 3 2) Ractions de construction ou de synthse
Molcule 1 + Molcule 2 molcule 3 + H2O
PROTECTION / AMORTISSEMENT
En formant un coussin amortisseur autour de certains organes, l'eau les protge contre les
traumatismes physiques (le liquide cphalo-rachidien entoure le cerveau et la moelle pinire,
il illustre bien le rle amortisseur de l'eau)
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2) LES SELS MINERAUX
Les sels minraux sont indispensables la vie des cellules animales ou vgtales
mais en trs petite quantit .
Le sel le plus abondant est le phosphate de calcium qui contribue la duret des os et des
dents.
Sous forme ionique , les sels jouent un rle vital dans le fonctionnement du corps.
Les ions sodium (Na +) et potassium (K
+) sont essentiels dans la transmission de l'influx
nerveux , dans les contractions musculaires, dans les changes membranaires,
Le fer ionis (Fe2t+- Fe3+) est compris dans l'hmoglobine (protine avec un groupement fer)
qui transporte l'oxygne dans les globules rouges....
Chez les vgtaux, les besoins en ions sont ncessaires la croissance , c'est pour cela, par
ex. qu'on fournit aux plantes des engrais sous forme N :P :K (azote, phosphore,
potassium) .
B. LES COMPOSES ORGANIQUES
Les composs organiques contiennent du CARBONE, les composs inorganiques n'en
contiennent pas (sauf CO, CO2, carbure).
Les atomes de carbone s'associent pour former le squelette des
molcules. (v. cours de chimie organique en 5e anne)
Pour les tres vivants les trois grands groupes sont : les glucides, les
lipides , les protides (protines)
B. 1) LES GLUCIDES Les glucides contiennent du carbone, de l'hydrogne, de l'oxygne.
On distingue 3 catgories principales de glucides: Les MONOSACCHARIDES ou sucres simples
Ce sont les units de base de tous les autres glucides. Ils sont forms d'une seule
chane contenant de 3 6 carbones.
On y trouve:
Le RIBOSE et le DESOXYRIBOSE qui entrent dans la composition des acides nucliques (ARN et ADN).
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Le GLUCOSE = sucre physiologique chez les animaux, sucre produit galement par la photosynthse chez les vgtaux,...
Tous les autres glucides sont finalement convertis en glucose pour tre utilis par les
cellules. Sa dgradation fournit une part importante de l'nergie cellulaire.
Le GALACTOSE entre dans la composition du lactose (disaccharide)
Le FRUCTOSE est le sucre des fruits
Glucose, fructose et galactose ont la mme formule brute (C6H12O6) mais des formules
dveloppes diffrentes, c'est dire que les atomes sont lis diffremment.
Ils ont une saveur sucre
Ils sont DIRECTEMENT ASSIMILABLES : ils passent directement dans le sang
Le galactose et le fructose sont transforms en glucose par le foie avant d'tre utiliss
par les "cellules .
Fig. 2 : Rapidit d'absorption des diffrents monosaccharides et leurs formules dveloppes
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Les DISACCHARIDES ou sucres doubles
Ils sont forms de 2 monosaccharides lis chimiquement (polymres), leur formule
gnrale est Cn H2n-2
On y trouve
Le SACCHAROSE ou sucrose = sucre de table tir de la betterave , de la canne sucre
cest un polymre de : GLUCOSE et de FRUCTOSE
Le LACTOSE ou sucre du lait
Polymre de : FRUCTOSE et de GALACTOSE
Le MALTOSE dans l'amidon des fculents, tape intermdiaire de la digestion de
l'amidon
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Polymre de : 2 MOLECULES DE GLUCOSE Ces sucres ont les proprits suivantes: Ils sont solubles dans l'eau
Ils ont une saveur sucre
Ils sont diviss en 2 monosaccharides lors de la digestion (intestin grle) pour pouvoir
passer dans le sang.
Les mono et disaccharides sont appels sucres RAPIDES car ils sont immdiatement
assimils par l'organisme et passent dans le sang
Les POLYSACCHARIDES ou sucres complexes
1) Dfinitions
Ils sont composs de plusieurs molcules de glucose unies entre elles.
On appelle POLYMERE une molcule forme par la liaison chimique d'un grand nombre
de petites molcules identiques appeles sous-units
2) Trois polysaccharides sont importants pour l'organisme: l'amidon, le
glycogne et la cellulose.
Ces 3 polysaccharides sont des polymres du glucose et ont comme formule:
(C6H12O6)n
Ils sont cependant trs diffrents:
2.1) L'AMIDON
C'est le sucre de RESERVE chez les VEGETAUX. On le trouve dans la pomme de terre, le
bl, le mas ,....
(Il est insoluble dans l'eau froide et forme avec l'eau chaude une solution
opalescente : l'empois d'amidon)
La molcule d'amidon est hlicodale, les chanes de glucose sont courtes et fortement
ramifies, il se prsente sous forme de granulations rondes dans les cellules vgtales
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Sa digestion est lente car les sucs digestifs doivent attaquer de nombreuses
liaisons chimiques sucre lent 2.2) Le GLYCOGENE C'est le sucre de RESERVE chez les ANIMAUX. Il est stock dans le foie chez l'tre
humain
Quand le sang contient trop de glucose, le foie le stocke sous forme de glycogne.
Quand la concentration sanguine de glucose baisse, les cellules du foie dgradent le glycogne et librent le glucose dans le sang.
La molcule de glycogne ressemble la molcule d'amidon.
Sa structure est cependant difficile dterminer
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2.3) La CELLULOSE
C'est le sucre de STRUCTURE chez les VEGETAUX:
Nous ne savons pas digrer la cellulose: notre tube digestif ne contient pas l'enzyme
ncessaire sa dgradation en glucose. ----> la cellulose reste donc dans les intestins et est
limine, c'est un dchet (cependant certains animaux peuvent le faire : ce sont les
ruminants (vaches,....) le cheval,
Ces animaux possdent au sein de leur tube digestif des bactries cellulolytiques
(capables de dgrader la cellulose) Les molcules de cellulose forment des fils, les chanes sont longues et trs peu ramifies. Comparaison entre les trois polysaccharides
AMIDON
CELLULOSE
GLYCOGENE
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B. 2) LES LIPIDES
1. Dfinitions et formule gnrale Les lipides contiennent du carbone, de l'hydrogne, de l'oxygne, certains contiennent du
phosphore. C'est la famille des graisses ou corps gras.
2. Types de lipides On distingue 3 catgories de lipides:
2.1) Les TRIGLYCERIDES ou graisses neutres
Ce sont les graisses et huiles courantes
La molcule d'un triglycride est compose d'une molcule de glycrine (glycrol)
laquelle sont lis trois acides gras (voir figure ci-aprs)
Ou
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Les graisses doivent tre dgrades en glycrine et acides gras avant d'tre absorbes et
de passer dans le sang. (au niveau de l intestin grle). Les huiles et les graisses ont des proprits particulires, elles:
o Sont moins denses que l'eau o Sont INSOLUBLES DANS L'EAU , elles peuvent cependant former avec l'eau
des mulsions plus ou moins stables (mulsion = mlange stable de
lipides et d'eau ex : vinaigrette)
o Sont solubles dans l'ther, l'actone, le benzne .... (solvants organiques) o Tachent le papier: elles forment une tache translucide qui ne disparat pas
la chaleur
o Ragissent avec les bases fortes (soude caustique NaOH pour former des savons = raction de saponification)
On distingue les graisses SATUREES et les graisses INSATUREES ou
POLYINSATUREES.
Les molcules organiques dont les atomes de carbone sont unis par des liaisons covalentes
simples sont des molcules satures, elles sont solides (graisses) (ex : le beurre)
Les molcules organiques dont les atomes de carbone sont unis par des liaisons covalentes
doubles ou triples sont dites insatures ou polyinsatures, elles sont liquides (huiles) ex huiles
vgtales : huile d'olive)
Les graisses neutres
Servent de coussin protecteur autour desorganes
Servent de couche isolante sous la peau
Sont une source une concentre d'nergie ( poids gal, les graisses neutres fournissent beaucoup plus d'nergie que le sucre)
2.2) Les PHOSPHOLIPIDES
La molcule d'un phospholipide est compose d'un groupe phosphate li 2 acides
gras, l'acide phosphorique prenant la place du troisime acide gras.
Structure de la molcule:
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Les phospholipides entrent dans la composition de la membrane cytoplasmique de toutes
les cellules vivantes, comme le montre la figure ci-aprs :
2.3) Les STEROIDES
Les atomes de carbone s'unissent pour former des chanes cycliques plutt que des chanes linaires. Le cholestrol est le strode le plus important chez les tres vivants. Il a mauvaise rputation cause de son rle dans l'artriosclrose mais il est essentiel la vie humaine. Il entre dans les composition des membranes cellulaires, il est le prcurseur des sels biliaires (bile), des hormones sexuelles et corticosurrnales, de la vitamine D. Le cholestrol sanguin a 2 origines: 1) Le foie fabrique du cholestrol 2) L' alimentation en est la seconde source.
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B. 3) Les Protines
1) Dfinition
Ce sont des composs forms de C, H.O.N, S et comportant parfois du P, du Fer, du
Mg,.. , elles constituent l'ensemble des molcules ncessaires la constitution et au fonctionnement des tres vivants.
Les protines sont constitues par un assemblage de diverses sous-units ( briques )
appeles acides amins
2) Les acides amins
Au nombre de 20, les acides amins (AA) de formule gnrale
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Les diffrents AA se trouvent dans la figure (page suivante) , ils sont en gnral reprsents
par une abrviation de 3 lettres : ex : le glutamate (glu), la glycine (gly),.
3) La structure des protines
1) La structure primaire
Correspond l'ordre d'enchanement des acides amins. La squence est donne en partant de
l'acide amin N-terminal (extrmit NH2) vers le C-terminal (extrmit COOH) qui
correspond au sens de la synthse des protines.
AA-peptides ( AA ) n protines (AA) n avec n >n
Les acides amins sont relis par des liaisons peptidiques (CO-NH). Cette liaison peptidique
est caractrise par le fait que le centre des 4 atomes CONH et les 2 carbones des acides amins sont situs dans un mme plan, le plan de la liaison peptidique. Les plans de 2 liaisons
peptidiques successives s'orientent l'un par rapport l'autre par rotation autour des liaisons C-
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N et C-C. C'est la disposition de ces plans les uns par rapport aux autres qui va donner la
structure de la protine dans l'espace.
Linsuline par exemple, possde une structure primaire constitue de 51 AA
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2) Structure secondaire : cette structure est due aux proprits des liaisons existants
entre les diffrents acides amins , il existe deux grandes familles de structures
secondaires :
les hlices
les feuillets
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Exemples feuillet : la protine de la soie (fibrone) hlices : la kratine (peau , ongles,.)
3) Structure tertiaire : elle correspond aux repliements de la chane protique. Ces repliements tant lis l'existence dencombrements striques ou la charge lectrique. La structure de la molcule s'organise alors selon les trois directions de
l'espace.
Cette structure est stabilise par :
Des liaisons hydrognes entre les rsidus d'acides amins (exemple : ser ---lys).
Des liaisons ioniques (exemple : glu ---lys).
Des liaisons hydrophobes (ou Van der Waals) entre les rsidus apolaires.
Des ponts disulfures entre les rsidus de cystine (n'existent pas dans le cas de la
myoglobine).
De plus pour ce type de structure (structure globulaire), les rsidus d'acides amins apolaires
se situent prfrentiellement au centre de la structure o ils peuvent s'associer par liaisons
hydrophobes. Tandis que les rsidus polaires ou ioniques se situent la priphrie o ils
peuvent s'associer entre eux par liaison hydrogne ou ionique,ou encore avec l'eau par liaison
hydrogne.
Vous trouverez ci-aprs un exemple de structure tertiaire (myoglobine : lhme est un groupement contenant du fer)
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4) Structure quaternaire : elle constitue le dernier chelon de la structure protinique :
en fait les sous-units de la structure tertiaire donne se rassemblent pour former une
structure finale appele structure quaternaire
Lexemple le plus typique est lhmoglobine qui est un polymre de myoglobines
3) Rles des protines
Les rles des protines sont multiples citons
3.1) Protines de structure .
Elles constituent l'architecture des tres vivants , elles entrent dans la composition des multiples
organites prsents dans les cellules : ex kratine dans l'ongle, les membranes des cellules,
protines des muscles ..... 3.2) Protines fonctionnelles
Les enzymes
Ce sont des protines dont le rle est de catalyser des ractions biochimiques : ex : la prsure qui
hydrolyse les protines du lait, les enzymes sont souvent nommes par la la substance
quelles travaillent + le suffixe ase ex lamylase dgrade lamidon, les protases
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dgradent les protines, les lipases, les lipides,
NB Insistons sur le rle particulier des enzymes car ces protines ont la particularit
extraordinaire deffectuer des ractions biochimiques , cest--dire quelles se passent T de la vie et Pression ambiante .
Ex la nitrognase prsente dans certaines algues-bleus (bleus-verts) transforme lazote atmosphrique en ammoniac temprature ordinaire , alors que la synthse chimique du
mme produit partir dazote et dhydrogne utilise des pressions de 400 500 bars et des tempratures de l'ordre de 450 500'C
Transporteurs L'hmoglobine transporte l'oxygne vers les cellules et reprend le gaz carbonique qui est
limin au niveau des poumons.
Hormones Les protines peuvent tre des hormones agissant divers niveaux cellulaires comme au
niveau des organes : ex le glucagon, linsuline, les hormones thyrodiennes,..