Biochimie : composés inorganiques
Eau, électrolytes et solutés
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- Voies de signalisation
L'eau est parfois appelée solvant universel, car elle peut dissoudre des substances très diverses.
L'eau et ses propriétés
L'eau est un composé essentiel de la matière vivante et forme 60% à 80% du volume de la plupart des cellules.
Ce liquide, essentiel à la vie, possède de nombreuses propriétés.
Capacité thermique
L'eau absorbe ou libère de la chaleur sans augmenter ou diminuer sa propre température (grande capacité thermique).
Cette propriété maintient la température corporelle dans des limites physiologiques étroites (thermorégulation) :
- lors de grands changements de température externe (soleil intense, froid rigoureux, vent…)
- lors d'efforts musculaires intenses produisant une grande production de chaleur.
Évaporation
1. L'eau se vaporise (passage de l'état liquide à l'état gazeux).
- Ce processus nécessite une rupture des liaisons hydrogène qui demande une grande énergie.
- Cette réaction permet ainsi de réduire la chaleur excessive du corps.
2. Ce rôle est tenu, en grande partie, par les glandes sudoripares.
a. Elles sont nombreuses chez l'homme, qui éliminent la chaleur par évaporation, i.e. évacuation de 580 Kcal par litre de sueur évaporée (thermolyse par évaporation).
b. Ces glandes sont très rares chez les chiens et les chats et se situent uniquement au niveau de la face podale des extrémités des membres.
Les chiens et les chats halètent pour dissiper la chaleur de son corps (thermolyse par conduction).
Solvant, soluté, électrolytes
Solvant
Un solvant est une substance, liquide ou supercritique à sa température d'utilisation, qui a la propriété de dissoudre, de diluer ou d'extraire d’autres substances sans les modifier chimiquement et sans lui-même se modifier.
La liste des solvants, leur classification et leurs propriétés, sont retrouvés dans l'article de Wikipedia.
1. L'eau est le " solvant universel " qui permet pratiquement toutes les réactions chimiques de l'organisme.
Un solvant peut être aussi un gaz, un autre liquide que l'eau (acide sulfurique par exemple) un solide.
2. Les molécules biologiques doivent être en solution pour réagir chimiquement.
Solutés et électrolytes
Les solutés sont les espèces chimiques minoritaires dissoutes dans le solvant (exemple : solution de chlorure de sodium isotonique à 9 ‰).
1. La solvatation (solvation en anglais) est un phénomène physico-chimique au cours duquel les atomes, ions ou molécules de l'espèce chimique se dispersent dans la solution et interagissent avec les molécules de solvant.
Le processus est décrit dans l'article de Wikipedia.
2. Les solutés se divisent principalement en deux classes.
a. Les électrolytes sont des composés chimiques qui se dissocient en ions, i.e. molécules neutres électriquement qui gagnent ou perdent un électron.
- Comme ce sont des particules chargées, ils peuvent conduire le courant électrique, d'où leur nom.
- Les électrolytes comprennent les sels inorganiques des acides et des bases tant inorganiques qu'organiques ainsi que certaines protéines.
Remarque : les sels sont des composés ioniques formés de cations, sauf le proton $\ce{H+}$, d'anions, sauf l'ion hydroxyle $\ce{OH-}$.
b. Les non électrolytes ne portent pas de charge électrique.
- Ces derniers ont des liaisons généralement covalentes.
- La plupart sont des molécules organiques comme le glucose, les lipides, la créatinine, l'urée…
3. L'eau est également :
- le milieu de transport des molécules (nutriments, gaz respiratoires, déchets métaboliques éliminés en partie par l'urine).
- le milieu de dissolution des liquides lubrifiants comme le mucus, facilitant le transport des fèces dans les intestins, la sérosité, qui réduit la friction et le risque de formation d'adhérences entre les viscères.
Polarité
1. La polarité d'une molécule ou d'une liaison est due à la différence d'électronégativité entre les éléments chimiques qui la composent (dipôle) et à leur répartition dans l'espace.
- Plus les charges sont réparties de façon asymétrique, plus la liaison ou la molécule sera polaire.
- Sinon, elle sera apolaire (ou non-polaire).
Les molécules polaires interagissent par des forces intermoléculaires dipôle-dipôle et des liaisons hydrogène.
Remarque : les molécules :
- polaires se dissolvent dans des solvants polaires, lipophobes, i.e. l'eau,
- apolaires se dissolvent dans des solvant apolaires ou lipophiles, i.e. hydrocarbures, et sont qualifiées de lipides.
2. Les molécules d'eau sont polarisées et s'orientent de manière que leur extrémité légèrement négative soit face à l'extrémité légèrement positive des molécules de soluté, et vice versa, les attirant d'abord pour ensuite les entourer.
- Les particules ainsi enveloppées dans des couches d'hydratation (couches de molécules d'eau) sont protégées contre les effets des autres substances chargées des environs.
- Les composés ioniques et les autres petites molécules réactives (comme les acides et les bases) se dissocient dans l'eau, leurs ions se séparant et se répartissant également dans l'eau, pour former des solutions vraies.
Une déshydratation, perte d'une molécule d'eau, peut également avoir lieu dans de nombreuse circonstances en particulier :
- dans les réactions de synthèse,
- dans le passage des ions dans de nombreux canaux ioniques
3. L'eau forme également des couches d'hydratation autour de grosses molécules chargées comme les protéines, et les force à rester en solution.
- Ces mélanges d'eau et de protéines sont appelés colloïdes biologiques.
- Le plus remarquable est le cytosol, solution aqueuse du cytoplasme.
Capacité thermique
L'eau protège les organes comme le cerveau, grâce au rôle d'amortisseur du liquide céphalo-rachidien.
Ions et liaison ionique
Biologie cellulaire et moléculaireConstituants de la celluleMatrice extracellulaireReproduction cellulaireBiochimieChimie organiqueBioénergétiqueProtidesAcides aminésProtéinesGlucidesLipidesEnzymesCoenzymesVitaminesHormonesComposés inorganiquesTransport membranaireMoteurs moléculairesVoies de signalisation