Notions de biochimie appliquees au vivant








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NOTIONS DE BIOCHIMIE APPLIQUEES AU VIVANT
I- L’EAU



  1. GENERALITES



L'eau est le principal constituant des êtres vivants. Elle est l'élément indispensable à toute forme de vie.
La vie est apparue dans l'eau, il y a environ 3 milliards d'années, sous la forme de cellules vivantes qui furent les ancêtres de tous les êtres vivants actuellement. Pendant 2 milliards d'années, ces cellules primitives, se sont développées et ont évolué vers des formes de plus en plus complexes.

Ainsi sont apparus les algues, les poissons et les ancêtres des amphibiens qui ont marqué la première adaptation des êtres vivants hors de l'eau.

La vie a investi la terre ferme il y a seulement 400 millions d'années. Les organismes terrestres ont quitté l'eau, sans jamais pouvoir s'en affranchir totalement (plantes et animaux consomment de l'eau, et sont aussi constitués en grande partie d'eau).
Avant sa naissance, le foetus passe par une phase «aquatique» : il baigne dans le liquide amniotique. Un embryon humain de 3 jours est formé de 94% d'eau. L'eau représente 75% du poids total d'un nourrisson, mais chez un adulte, elle ne représente plus que 65%.

L'homme perd en moyenne deux litres d'eau par jour :

  • 0,5 litre par transpiration,

  • 0,5 litre par respiration,

  • 1 litre environ par les urines





S'il perd 2% de son eau, l'homme éprouve le besoin de boire ; s'il en perd 10%, il a des troubles sensoriels (hallucinations) et sa peau se rétracte ; s'il en perd 15%, il meurt.


2- LES SOLUTIONS
Les substances dissoutes dans un liquide sont appelées solutés et le liquide dans lequel elles sont dissoutes solvant. Les solutés se dissolvent dans un solvant pour former une solution.

La plupart des réactions chimiques des organismes vivants font intervenir des molécules qui se dissolvent dans l’eau.
2.1- CONCENTRATION

La concentration d’un soluté est la quantité de soluté retrouvée par unité de volume de la solution. La concentration peut donc être exprimée en nombre de grammes par litre.

Comparer les concentrations de deux substances différentes en se référant au nombre de grammes par litre de solution n’indique pas directement quel est le nombre de molécules de chaque substance. Par exemple dix grammes d’un composé X constitué de molécules plus grosses que celles d’un composé Y, contiendront moins de molécules que dix grammes du composé Y. Le plus souvent on se réfère aux concentrations en gramme par litre quand on ne connaît pas la structure du soluté. Quand la structure de la molécule est connue, on utilise les moles par litre (mol/l).

La masse moléculaire d’une molécule est égale à la somme des masses moléculaires de tous les atomes qui la composent. La masse moléculaire du glucose (C6H1206) est de 180 :

  • la masse moléculaire de l’hydrogène est de 1

  • la masse moléculaire du carbone est de 12

  • la masse moléculaire de l’oxygène est de 16

(1x12) + (12x6) + (16X6) = 180

Une mole (mol) d’un composé est la quantité du composé exprimé en gramme, égale à sa masse moléculaire. Par exemple pour le carbone 12 (12C), une mole est égale à 12 grammes. Une solution qui contient 180 grammes de glucose dissous dans un litre d’eau est une solution molaire.

Une mole de tout composé contient le même nombre de molécules(soit 6x1023, le nombre d’Avogadro). Ainsi une solution de1 mol/L de glucose contient autant de molécules de soluté par litre qu’une solution de 1 mol/L de créatinine ou de toute autre substance.

Les concentrations des solutés dissous dans les organismes vivants sont bien inférieures à 1 mol/L. Ils sont de l’ordre de millimoles ou micromoles ou encore nanomoles par litre:

  • mmol = 10-3 mol

  • µmol = 10-6 mol

  • nmol = 10-9 mol



2-2. LE PHENOMENE DE DIFFUSION
Les molécules de toutes les substances sont en mouvement permanent. Plus la substance est chaude, plus le déplacement des molécules est rapide. Ce mouvement aléatoire des molécules dans un liquide ou un gaz va finir par les distribuer uniformément dans l’enceinte qui les contient.

Si on démarre avec une solution où le soluté est plus concentré dans une région par rapport à une autre, le mouvement thermique aléatoire va redistribuer le soluté de la région de forte concentration vers la région à faible concentration, jusqu’à obtenir une égalité dans toute la solution. Ce déplacement des molécules par leur simple mouvement thermique aléatoire est appelé diffusion.

L’oxygène, les nutriments et d’autres molécules entrent et sortent des plus petits vaisseaux sanguin (capillaires) par diffusion et le déplacement de nombreuses substances à travers les membranes plasmiques et les membranes des organelles utilisent la diffusion. On dit que ces membranes sont perméables à ces substances.

2.3- OSMOSE

L’osmose est un phénomène de diffusion à travers une membrane semi-perméable (perméable à l’eau mais non aux solutés), sous l'action d'un gradient de concentration. Le phénomène d'osmose se traduit par un flux d'eau dirigé de la solution diluée vers la solution concentrée à travers cette membrane. L’eau va diffuser de la solution hypotonique, c'est-à-dire la moins concentrée, vers la solution hypertonique, c'est à dire la plus concentrée. Le phénomène s'arrête spontanément lorsque la pression de la solution hypotonique atteint sa valeur limite, dite pression osmotique. Le résultat final est une dilution du milieu le plus concentré.
La notion de pression osmotique fut introduite par le médecin français René Joachim Dutrochet, en 1826. Elle est définie comme étant la différence de pression qui s'exerce de part et d'autre d'une membrane semi-perméable séparant deux solutions de concentrations différentes. Ainsi, la pression osmotique indique la facilité avec laquelle la solution concentrée attire le solvant par le phénomène d'osmose.
La concentration de solutés non pénétrants (ne traversant pas la membrane) d’une solution détermine sa tonicité (hypotonique, isotonique, hypertonique). Les solutés pénétrants (traversants la membrane) ne contribuent pas à la tonicité d’une solution.
Définition : la concentration totale de soluté dans une solution est appelée osmolarité. Une osmole est égale à une mole de particules en solution. Un solution de une mole de glucose à une osmolarité de 1 Osm (1 osmole par litre) Attention, pour les solutions ioniques : une mole de chlorure de sodium donne une mole d’ion sodium et une mole d’ions chlorure soit deux moles de particules dissoutes. Une solution molaire de chlorure de sodium a une osmolarité de 2 Osm (2 osmoles par litre).
Chez l’homme l’osmolarité des liquides extra et intra cellulaire sont normalement proche de 300 milliOsmole (300 mOsm). Si on place les cellules dans une solution de solutés non pénétrants de 300 mOsm d’osmolarité, elles ne gonfleront pas et ne se déshydrateront pas. De telles solutions sont dites isotoniques. Les solutions contenant moins de 300 mOsm de solutés non pénétrants sont dites hypotoniques : elles peuvent engendrer un gonflement pouvant aller jusqu’à l’éclatement de la cellule. Inversement les solutions contenant plus de 300 mOsm de solutés non pénétrants sont dites hypertoniques : elle peuvent engendrer la déshydratation de la cellule.

II- LES PROTEINES

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