Toute matière vivante, qu'elle soit animale ou végétale, résulte de l'association de deux catégories de constituants chimiques : des constituants minéraux (l'eau et les sels minéraux) et des constituants organiques (bâtis sur un squelette de carbone). Les constituants minéraux ne possèdent pas de carbone lié à l'hydrogène de façon caractéristique du vivant, mais ils représentent, en masse, la fraction la plus importante d'un organisme et conditionnent son fonctionnement.
L'eau (H₂O) est le constituant le plus abondant de la matière vivante : selon les organes et les espèces considérés, elle représente en général entre 65 % et 95 % de la masse fraîche des tissus. Elle joue le rôle de solvant des réactions du métabolisme, de milieu de transport des substances dissoutes, de régulateur thermique et assure la turgescence des cellules végétales.
La présence d'eau se révèle grâce au sulfate de cuivre anhydre (CuSO₄ anhydre), une poudre blanche. Mise en contact avec un tissu frais ou avec les vapeurs qu'il dégage à léger chauffage, cette poudre bleuit : elle se combine à l'eau pour donner du sulfate de cuivre hydraté, de couleur bleue. Ce changement de couleur constitue une preuve simple et caractéristique de la présence d'eau.
Pour déterminer la quantité d'eau contenue dans un organe frais, on utilise la méthode de dessiccation : l'organe est pesé à l'état frais, ce qui donne la masse fraîche (m₁), puis placé à l'étuve à température modérée jusqu'à ce que sa masse n'évolue plus, ce qui donne la masse sèche (m₂). La perte de masse (m₁ − m₂) correspond à l'eau évaporée, et la teneur en eau (en pourcentage de la masse fraîche) se calcule par la relation :
Teneur en eau (%) = [(m₁ − m₂) / m₁] × 100En dehors de l'eau, la matière vivante contient des sels minéraux, dissous sous forme d'ions (cations et anions). Chaque ion peut être identifié par un réactif chimique spécifique, provoquant en général un précipité ou une coloration caractéristique, et remplit un ou plusieurs rôles biologiques précis.
| Ion | Formule | Rôle biologique principal |
|---|---|---|
| Ion chlorure | Cl⁻ | Maintien de l'équilibre osmotique et électrique des milieux cellulaire et extracellulaire |
| Ion sulfate | SO₄²⁻ | Apport de soufre, nécessaire à la synthèse de certains acides aminés |
| Ion phosphate | PO₄³⁻ | Constitution des os et des dents ; entre dans la composition de l'ATP et de l'ADN |
| Ion nitrate | NO₃⁻ | Apport d'azote, indispensable à la synthèse des protéines, en particulier chez les végétaux |
| Ion sodium | Na⁺ | Équilibre osmotique des liquides de l'organisme, transmission de l'influx nerveux |
| Ion calcium | Ca²⁺ | Constitution des os, des dents et des coquilles ; coagulation sanguine, contraction musculaire |
| Ion carbonate | CO₃²⁻ | Constitution du squelette calcaire (coquilles, tests, certains os) |
Les constituants organiques sont des molécules construites autour d'un squelette carboné, associant du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène et parfois de l'azote, du soufre ou du phosphore. La matière vivante en comporte trois grandes familles : les glucides, les protides et les lipides.
Les glucides (ou « sucres ») sont des composés organiques formés de carbone, d'hydrogène et d'oxygène (C, H, O). Ils constituent l'une des principales sources d'énergie utilisées par les cellules.
On distingue les oses, glucides simples qui ne peuvent pas être scindés en glucides plus petits (par exemple le glucose et le fructose), des glucides complexes, résultant de l'association de plusieurs oses par des liaisons glucidiques (osidiques) : les oligosides (association d'un petit nombre d'oses, comme le saccharose) et les polyosides (longues chaînes d'oses, comme l'amidon, le glycogène ou la cellulose).
Les oses et la plupart des oligosides sont solubles dans l'eau et possèdent un pouvoir réducteur vis-à-vis de certains réactifs, propriété exploitée pour leur identification. À l'inverse, les polyosides, de masse moléculaire beaucoup plus élevée, sont peu ou pas solubles dans l'eau et dépourvus de pouvoir réducteur.
Rôle des glucides : source d'énergie immédiatement mobilisable (glucose) et réserve énergétique (amidon chez le végétal, glycogène chez l'animal) ; rôle structural pour certains polyosides, tels que la cellulose, composant de la paroi des cellules végétales.
Les protides sont des macromolécules organiques dont l'unité de base est l'acide aminé, molécule porteuse à la fois d'un groupement carboxyle (–COOH) et d'un groupement amine (–NH₂).
On distingue les protides simples (un seul acide aminé isolé) des protides complexes, formés par l'enchaînement de plusieurs acides aminés : les polypeptides (chaînes courtes) et les protéines (chaînes longues, structurées), lesquelles se répartissent en holoprotéines (uniquement des acides aminés) et hétéroprotéines (association d'une partie protéique et d'une partie non protéique — glucide, lipide ou ion métallique).
Deux acides aminés s'unissent par une liaison peptidique : liaison covalente établie entre le groupement carboxyle (–COOH) du premier acide aminé et le groupement amine (–NH₂) du suivant, avec libération d'une molécule d'eau (réaction de condensation). La répétition de cette liaison le long de la chaîne construit le polypeptide.
Rôle des protides : rôle structural (kératine, collagène), rôle enzymatique (catalyse des réactions du métabolisme), rôle de transport (hémoglobine, transporteur du dioxygène), rôle de défense (anticorps) et rôle de régulation (certaines hormones).
Les lipides sont des molécules organiques caractérisées par leur insolubilité dans l'eau et leur solubilité dans les solvants organiques (éther, chloroforme, acétone) : ce sont les « corps gras ».
L'acide gras est l'unité de base des lipides les plus courants. Associé au glycérol (alcool à trois carbones) par une réaction d'estérification, il forme, selon le nombre d'acides gras fixés, un monoglycéride (1 acide gras), un diglycéride (2 acides gras) ou un triglycéride (3 acides gras) — cette dernière forme étant la réserve lipidique la plus répandue chez les êtres vivants, avec libération de trois molécules d'eau lors de sa formation.
Les lipides sont insolubles dans l'eau (hydrophobes) mais se dissolvent dans les corps gras et les solvants organiques ; cette propriété permet de les mettre en évidence (tache translucide et persistante sur du papier, absence de mélange avec l'eau).
Rôle des lipides : réserve énergétique considérable (à masse égale, un gramme de lipide libère environ deux fois plus d'énergie qu'un gramme de glucide ou de protide), rôle structural fondamental dans les membranes cellulaires (phospholipides), rôle d'isolation thermique (tissu adipeux) et de protection mécanique des organes.
| Constituant | Unité de base | Exemple | Rôle principal |
|---|---|---|---|
| Glucides | Ose (glucide simple) | Glucose, amidon, glycogène, cellulose | Source et réserve d'énergie ; rôle structural (cellulose) |
| Protides | Acide aminé | Polypeptides, protéines, enzymes, anticorps | Structural, enzymatique, transport, défense |
| Lipides | Acide gras + glycérol | Triglycérides, phospholipides | Réserve énergétique, structure des membranes, isolation |
On donne, dans le désordre, une liste d'ions minéraux de la matière vivante : sodium (Na⁺), phosphate (PO₄³⁻), chlorure (Cl⁻), carbonate (CO₃²⁻), nitrate (NO₃⁻) ; et une liste de rôles biologiques : (1) apport d'azote pour la synthèse des protéines végétales, (2) transmission de l'influx nerveux et équilibre osmotique, (3) équilibre osmotique et électrique des liquides de l'organisme, (4) constitution du squelette calcaire de nombreux invertébrés, (5) entre dans la composition de l'ATP et des os.
On souhaite déterminer la teneur en eau d'un fruit frais.
On donne trois glucides : le fructose, le glycogène et la cellulose.
Un triglycéride est un lipide de réserve très répandu chez les êtres vivants.
On donne, dans le tableau ci-dessous, la composition biochimique approximative (en pourcentage de la masse totale) de quatre aliments courants :
| Aliment | Eau (%) | Glucides (%) | Protides (%) | Lipides (%) |
|---|---|---|---|---|
| Riz cuit | 68 | 28 | 3 | 0,3 |
| Poisson maigre | 78 | 0 | 19 | 2 |
| Huile de palme | 0 | 0 | 0 | 100 |
| Haricot cuit | 65 | 22 | 9 | 0,5 |
On rappelle les valeurs énergétiques moyennes des constituants organiques : 1 g de glucides libère environ 4 kcal ; 1 g de protides libère environ 4 kcal ; 1 g de lipides libère environ 9 kcal.
10 questions · Correction immédiate
Le constituant majoritaire de la matière vivante, en masse, est :
La présence d'eau dans un échantillon de matière vivante peut être mise en évidence par :
L'ion phosphate (PO₄³⁻) intervient notamment dans :
Un ose est, par définition :
Un glucide complexe (polyoside), comme la cellulose, est formé par :
Le rôle principal des glucides dans la cellule est :
L'unité de base constituant les protides est :
La liaison qui unit deux acides aminés consécutifs dans une chaîne polypeptidique se nomme :
Un triglycéride est formé par l'association de :
Parmi les rôles suivants, lequel correspond principalement aux lipides ?