Composition de la matière vivante


Composition de la matière vivante



 

I.Composition élèmentaire

Les divers élèments sont répertoriés dans la classification périodique de Mendeliev
 

I.1 Les élements de la matière vivante

Les organismes vivants comprenent 26 elements différents :

- 11 elements majeurs : macroelements, présents en quantité importante +99.99% (matière organique)

ils s'associent par différente liaisons chimiques pour former des : Molécules oragniques (glucides, protides, lipides et acides nucléiques)

- molécules/ions minérales/minéraux HPO4- (hydrigenophosphate) , HCO3-(hydrogenocarbonate) , SO4²- (sulfate)

* Na+ , K+, Cl-, Mg2+, Ca2+

-15 Elements mineurs : oligoelements (indispensables ) l'organisme, très faible quantité) Cf tableau1

 

2) Fonction des divers élèments

a) Les macroelements : 7 roles

Role structurale : protides, lipides, glucides, calcium, phosphate

Role energetique : glucides, lipides, ATP

Role génétique : ADN

Roles dans la synthèse des protéines : ARN

Role catalytique : Enzyme et leur co-facteur

Role de régulation : hormones

Role dans la transmission de l'aflux nerveux : neuro transmetteur Na+ , K+ , Ca2+ (ions)

 

b) Les oligoélèments

Ils sont indispensables car troubles en cas de carence (manque de fer, etat de fatigue..) Fonction majeur => Co-facteur d'enzyme indispensable à son activité (ex: zinc Zn2+) ions oligoelement

* L'iode I , constituant des hormones thyroïdiennes T3 et T4

* Le fer Fe²+ constituant de l'hémoglobine qui lie O2 dans les hématies et présent dans la chaine respiratoire des mitochondries.

 

II. Les molécules de la matière vivante

La majorité des atomes n'existent pas à l'état libre, ils sont liés chimiquement à d'autres atomes.

 

1) Les liaisons chimiques

Relation energetique entre electrions de 2 atomes ou entre charge de 2 groupement

 

a) Les liaisons faibles

* La liaison ionique => Elle s'établie entre ions (perdu ou gagné un ou plusieurs electropns : atome chargé , Cation+ ou anion- )

ex : Na+ (cation) + Cl- (anion) => NaCl

        Ca²+ +2Cl- => CaCl2

En milieu aqueu = dissociation des ions

Elle peut aussi s'établir entre des groupements chargés qui appartiennent à des molécules différentes

R-CH2-C=O  +   H+3-R' (substrat)

             O-

     (enzyme)

 

* La liaison hydrogène

Dans certaine molécule ou groupement non chargé, les electrons peuvent être asymétriquement distribués entre les atomes => molécule dite polaire

ex : H2O est polaire : le noyau de l'Oxygène attire partiellement l'élecrion de chaque hydrogene

Liaison hydro

Proche de l'atome d'oxygène = region electronégative

Proche de l'atome d'hydrogène = region electropositive

 

La liaison hydrogène peut alors se former entre 2 molécules polaires (ou groupement)

ex : 2 H2O

2mol polaire 2h2o

- - - Liaison Hydrogène

R-N-H - - - - O=C-R'
R-O-H
- - - - O=C-R'

R-N-H - - - - N-R'

 

 

Les liaisons H interviennent dans la structure de l'ADN (base entre elle A=T et G=C) et des protéines

 

 

*La Liaison de Vanderwaals

Vanderwaals

 

 

*Les intéractions hydrophobes


Hydrophobe

 

b) Une liaison forte: la liaison covalente

ex : NH3 (ammoniac)

Liaison forte

La mise en commun d'électrons de 2 atomes forme la liaison covalente

Force des liaisons :

Covalente > ionique > hydrogène > VanDerWaals (=liaisons faibles)

       90            3                  1                       0.1                Kcal/mol

 

II. Les biomolécules organiques

Elles contiennent du Carbone

Remarque: - CO2 non-organique

                   - Les autres constituants du corps sont des matières minérales (H2O, Ca²+, K+, Cl- .. )

On les classes en 4 groupes : Glucides, Lipides, protides, phosphate

On peut ajouté des molécules déchets (comme l'urée, la créatine, acide-urique) ainsi que des molécules du métabolisme intermédiaire (pyruvate, oxaloacétate..)

 

III. Eau et minéraux

III.1) Métabolisme de l'eau

 

a) Teneur Globale

Constituant les plus abondant de la matière

- eau 70%

- protéines 18%

- lipides 5%

- minéraux 3.2%

- glucides 2%

- acides nucléiques 1.5%

 

L'eau représente en moyenne 70% du poids du corps

 

b) Répartition
 

Repartition

Selon les tissurs, le passage d'eau est variable. L'eau subit des echanges entre les cellules et le milieu extra-cellulaire. Ces mouvements d'eau sont régis par :

- l'isotonicité : Rapport eau/eletrolytes est constant d'un milieu à l'autre

- La neutralité electrique : autant de charges + (ca+ions) que de charges - (anions) dans chaque milieu


Compartiments liquidiens de l orgLegende compartiments



C) Apports et élimination de l'eau

 

1) Entrées d'eau

L'humain a besoin d'un apport de 35g/kg/24h (cette quantité augmente lors d'activité sportive).
Pour un homme de 70kg il faut 2.5Litres d'eau par jour dont 1,4 L de boissons + 1,1 L dans les aliments.

L'eau est abosrbée par l'intestin grêle et le reste par le côlon. Une régulation nerveuse faisant intervenir l'hypothalamus peut, en cas de besoin :

- stimuler le centre de la soiffe

- modifier l'élimination d'eau par les reins (voie hormonale : ADH et aldostérone)

 

2) Sorties d'eau

Urine 1,4 L = dU diurese Volme d'urine émis en 24h

cutané , transpiration : 0,6 L (varie selon l'activité et la T°)

air expiré : 0,4 L

Selles : 0,1 L

 

Remarque : Les diarrhées et hémoragies augmentent les pertes d'eau

 

D) Les mouvements d'eau entre les compartiments

 

1) Entre LIC et LEC, à travers la membrane plasmique

Ce mouvmt est reglé par la pression osmotique : pression qu'il faut exercée sur la solution pour empecher l'eau de travrser la membrane qui sépare les 2 compartiments

 

Regle de l'osmose :

L'eau se déplace du milieu le - concentré en soluté vers le milieu le + concentré jusqu'à l'obtention d'un équilibre des concentrations

Soluté => substances dissoutes

L'eau se déplace du milieu Hypotonique vers le milieu hypertonique. L'eau se déplace du milieu où la pression osmotique est elevée vers le milieu où elle est plus faibe.

Osmose

REMARQUE :
DANS UN MEME COMPARTIMENT LES PRESSIONS OSMOTIQUES DES SOLUTES S'ADDITIONNENT.
LORSQUE LES SOLUTES SONT DES PROT, LA PRESSION OSMO QUELLES GENERENT EST DITE : PRESSION ONCOTIQUE.
LA PRESSION HYDROSTATIQUE EST LA PRESSION EXERCEE PAR LE POIDS DE L'EAU.


 

2) Entre plasma et Liquie interstitiel, à travers l'endothelium des capilaires

 

Osmose2

 

Eau filtrée => Liquide interstitiel => vaisseux lymphatiques

 

Pathologie :

En cas d'hypoproteinémie cad une diminution des protéines dans le sang, par carence alimentaire ou insuffisance hépatique
( le foie synthétise de nombreuses protéines) => la pression oncotique du plasma (plasmatique) diminue donc l'eau filtrée hors des capilaires augmente
et est stockée dans le liquide interstitiel => rétention d'eau dans le milieu interstitiel = OEDEME

 

 

E) Methodes d'exploration de l'eau

1) Principe :

La mesure des compartiments hydriques est basée sur les principes des espaces de diffusion. L'espace de diffusion d'un constituant introduit dans
un organisme est le volum apparant dans lequel ce constituant se répand de façon homogène lorsque sa diffusion est complète.
Soit n , la quantité du constituant injecté et c , sa concentration apèrs diffusion dans l'espace
V = n / c

 

Pour etre fiable, cette méthode suppose qu'entre le moment de l'injection et celui de la mesure de c, ce constituant n'a été ni métabolisé, ni excrété.
Comme ces deux conditions sont rarement réalisées, on effectue une série de mesures permettant d'étudier l'évolution du constituant dosé au cours du temps.
Les valeurs de c en fonction du temps varient de façon exponentielle. On peut les transformer en une droite sur graphique semo-logatithmique.
Par extrapolation de cette droite, à t=0, on obtient c=c0 : [constituant] si sa diffusion avait été immédiate.

 

 

2) Mesure de volume aqueux total

Elle s'effectue à l'aide de substances qui diffusent librement dans tous les milieux aqueux. Ces substances traversent l'endothelium vasculaire et la membrane plasmique.

Ces substance sont : urée, thiourée, antipyrine, eau lourde : D2O ou T2O

On injecte a sujet une quantité connue d'une telle substance. Après un certain temps, on fait une prise de sang et on détermine [substance]/L de sang.
On peut ainsi calculer le volume aqueux total. En cas d'utilisation de l'urée, il faut réaliser son dosage dans le sang avant la mesure.
La détermination du volume aqueux total permet laa surveillance du poids. (ex: deshydration chez le nouveau-né)

 

3) Mesure du volume du liquide extracellulaire

Le principe est le meme qu'en 2), mais la substance utilisée ne traverse pas la membane plasmique Ex: thiocyanate, mammitol, inuline

Remarque : Le mammitol et l'inuline ne doivent pas être utilisé chez les diabétiques car ils augmentent la glycémie

 

4) Mesure du volume du liquide intracellulaire

On le calcule : vol.intracellulaire = vol.aqueuxtotal - vol.extracellulaire

 

5) Mesure du volume plasmique

Le principe est le meme qu'en 2) mais la substance utilisée ne traverse pas l'endothélium vasculaire. La substance utilisée est colloïdale : le bleu Evans

- ex :volumde plasmique (liquide du sang)

Le bleu evans ne franchit pas la paroi des vaisseaux sanguins ni les membranes des cellules sanguines.

10g de bleu Evans => voies veineuses. Après diffusion complète, une prise de sang => p(bleuEvans) 3.78 g.L-1

V = 10 / 3.78 = 2.65 L

 

 

F) Fonction de l'eau

1) Role de solvant

L'eau , molécule polaire solubilise de nombreuses substances => Liaisons hydrogènes : Avec les composés hydrosolubles NaCl, Glucose : Solution homogène Stable
→ cas de l'amidon forme une solutiom colloïdale après chauffage car macromolécule, on distingue :

- L'eau liée aux molécules quelle dissout

- L'eau libre

Si il n'y a plus d'eau libre dans une solution, il n'est plus possible de dissoudre une substance. Elle reste alors en poudre ou en crystaux. La solution est dite saturée;

→ cas des molécules apolaires : ex cholestérol estérifié (cholestérol acide gras) il ne peuvent pas établire de liaison hydrogène donc sont insolubles
cas des molécules amphipathiques : molécule possèdant un pôle hydrophile et un pôle hydrophobe, ex : Acide gras
Acide gras

L'eau est un solvant pour les molécules polaires et/o pour les minéraux (car ionisés)

 

2) Autres fonctions importantes
→ H2O permet les réactions hydrolyses scission d'une molécule en présence d'un catalyseur (enzyme) et d'eau.
Ex : Saccharose + H20 => glucose + fructose (avec invertase)

→ Régulation de la T° corporelle : la transpiration élimine de la chaleur par son état liquide permet le transport des substances dans l'organisme

 

 

III.2 Métabolisme des minéraux

A) Ionogramme des secteurs hydriques

 

Composition eletrolitique des divers secteurs hydriques de l'organisme

L'unité employée : Milliéequivalant.L-1
mEq.L-1 = C x | charge de l'ion|
ex : Solution de Ca²+ à 1mmol.L-1
d'ou mEq.L-1 = 1 x |2| = 2 mEq.L-1

 

Le milliéequivalant correspond à 1 mmol de charge electrique par litre

Dans chaque secteur il y a une neutralité electrique cad que : n mEq+ = n mEq-

 

1)Dans le secteur extracellulaire

Na+ et Cl- Prédominent

 

2)Dans le secteur intracellulaire

K+ et HPO²- Prédominent

 

Remarque : Impossible/interdit de determiner la Kaliémie (dosage du potassium K+) si l'échantillon est hémolysé (lyse des GR)
car les hématies liberent des quantités importante de K+. Il faut reprelevé le sang du patient.

 

B) Ions minéraux, osmose et electroneutralité

Les minéraux étant impliqués :

dans la pression osmotique donc dans les mouvement d'eau d'un secteur hydrique à l'autre

dans le maintient de la neutralité electrique, on definit plusieurs modes d'expression

 

1) La force ionique notée u ou I

Elle exprime la concentration mais prend en compte la présence de charge electrique

d'où    u = 1/2 x la somme de Ci x Zi²

avec  Ci = concentration de l'espèce ionique i

et       Zi = charge de o

 

* Si la solution contient une substance non chargée, ex glucose, celle ci n'intervient pas dans le calcul de u

* Si la solution contieent des substances différentes alors u total vaut la somme de chaque u

 

ex : Calcul de u d'une solution de CaCl2 à 0.5mol.L-1

U = 1/2 [ (CCa²+)x(ZCa²+)² + (CCl-)x(ZCl-)²]

U = 1/2 x ( 0,05 x 2² + ,1 x 1²) = 0.15 mol.L-1

 

2) L'osmolarité

Expression de la concentration comptenue du nombre de particules présentes

 

Unité : Osmol.L-1 = C x i

avec C : Concentration

         i : nbre de particules (ions ou moléculues dissociés)

 

ex : Solution de glucose ( Glc) à 1mol.L-1

avec une osmolarité : 1osm.L-1

car : C = 1mol.L-1 et i = 1

 

Solution de NaCl- : il y a 1mole de Na+ + 1mole de Cl-

Donc : 2 osm.L-1 car Cx2

 

3) La pression osmotique

Les particules omsmotiquement actives :

ions et molécules ionisées produisent une pression osmotique noté p

Expression version chimie :

p = R.T.DeltaC

R: Constante des gaz parfait 8.32 J.K-1.mol-1

T: Tempétature en °Kelvin ( O°C = 273 °K , et 20°C = 293° )

delta C = ni / v où C = nombre d'ions ou de particules dissociées

 

Expression version Biologie:

p = ni/v osm.L-s     et si      p = (ni/v) x 10^-3 mosm.L-1

avec : n en mol ; v en Litre ; i = nbr de particule

 

Valeur normal de p(plasma) = 300 à 310 mosm.L-1. Pour la calculer, on addition les p correspondant à toutes les substances qu'il contient ( ions, glucose, protéines..)

 

Ex: Une solution de NaCl est concentrée à p= 9 g.L-1
Calculons p en mosm.L-1 . Avec p=cxM
Donc c = p/M = 9 / 58.5 = 0.1538 mol.L-1
Ici i=2 car NaCl = Na+ + Cl- ( deux particules)

p = 0.1538 x 2 x 10^-3

    = 153.8 x 2
    = 307.6 mosm.L-1 => Eau physiologique

 

Cette solution correspond aux valeurs normales du plasma => eau phisiologique utilisée par exmple pour les perfusion sangInes ( ex : perf d'AntinBiotique = ATB )

 

Ces mécanisme régulateur font souvent intervenir des glandes endocrines (secretrices d'hormones dans le capilaire et/ou des voix nerveuses) .
Si hyperglycémie le pancréas secrette une hormone : l'insuline qui diminue la glycémie

 

 

 

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