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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


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)


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).


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


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


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


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


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


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


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:


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.


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


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-


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


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


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)


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


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,..

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