CHON: CARACTÉRISTIQUES COMMUNES, PARTICULARITÉS ET MOLÉCULES - CHIMIE - 2025

CHON: Le carbone C, l'hydrogène H, l'oxygène O et l'azote N sont un groupe d'éléments chimiques qui composent la matière vivante. En raison de leur emplacement dans le tableau périodique, ces atomes partagent des caractéristiques qui les rendent aptes à former des molécules organiques et covalentes.

Ces quatre éléments chimiques constituent la plupart des molécules des êtres vivants, appelés bioéléments ou éléments biogéniques. Ils appartiennent au groupe des bioéléments primaires ou principaux car ils sont à 95% dans les molécules des êtres vivants.

Source: Gabriel Bolívar

Les molécules et atomes CHON sont représentés sur l'image du haut: un anneau hexagonal comme unité moléculaire en carbone; la molécule H ₂ (de couleur verte); la molécule diatomique d'O ₂ (colorée en bleu); et la molécule diatomique de N ₂ (rouge), avec sa triple liaison.

Ils présentent, outre les propriétés communes, certaines particularités ou caractéristiques qui expliquent pourquoi ils sont aptes à former des biomolécules. En ayant un faible poids ou masse atomique, cela les rend très électronégatifs et ils forment des liaisons covalentes stables, fortes et à haute énergie.

Ils se lient ensemble faisant partie de la structure de biomolécules organiques telles que les protéines, les glucides, les lipides et les acides nucléiques. Ils participent également à la formation de molécules inorganiques indispensables à l'existence; comme l'eau, H ₂ O.

Caractéristiques communes CHON

Faible masse atomique

Ils ont une faible masse atomique. Les masses atomiques de C, H, O et N sont: 12u, 1u, 16u et 14u. Cela les amène à avoir un rayon atomique plus petit, ce qui leur permet d'établir des liaisons covalentes stables et fortes.

Les liaisons covalentes se forment lorsque les atomes qui participent à la formation des molécules partagent leurs électrons de valence.

Avoir une faible masse atomique, et donc un rayon atomique plus faible, rend ces atomes très électronégatifs.

Electronégativité élevée

C, H, O et N sont hautement électronégatifs: ils attirent fortement les électrons qu'ils partagent lorsqu'ils forment des liaisons au sein d'une molécule.

Toutes les propriétés communes décrites pour ces éléments chimiques sont favorables à la stabilité et à la résistance des liaisons covalentes qu'ils forment.

Les liaisons covalentes qu'elles forment peuvent être apolaires, lorsque les mêmes éléments se rejoignent, formant des molécules diatomiques telles que l'O ₂. Ils peuvent également être polaires (ou relativement polaires) lorsque l'un des atomes est plus électronégatif que l'autre, comme dans le cas de O par rapport à H.

Ces éléments chimiques ont un mouvement entre les êtres vivants et l'environnement connu sous le nom de cycle biogéochimique dans la nature.

Particularités

Ci-dessous sont mentionnées certaines particularités ou propriétés de chacun de ces éléments chimiques qui expliquent sa fonction structurelle de biomolécules.

L'atome de carbone C

-En raison de sa tétravalence, C peut former 4 liaisons avec 4 éléments différents ou égaux, formant une grande variété de molécules organiques.

-Il peut être attaché à d'autres atomes de carbone formant de longues chaînes, qui peuvent être linéaires ou ramifiées.

-Il peut également former des molécules cycliques ou fermées.

-Il peut former des molécules avec des liaisons simples, doubles ou triples. S'il y a du H pur dans la structure en plus du C, alors on parle d'hydrocarbures: alcanes, alcènes et alcynes, respectivement.

-En se joignant à O, ou N, la liaison acquiert une polarité, ce qui facilite la solubilité des molécules dont elle est issue.

-En se combinant avec d'autres atomes tels que O, H et N, il forme différentes familles de molécules organiques. Il peut former des aldéhydes, des cétones, des alcools, des acides carboxyliques, des amines, des éthers, des esters, entre autres composés.

-Les molécules organiques auront une conformation spatiale différente, qui sera liée à la fonctionnalité ou à l'activité biologique.

L'atome H

-Il a le numéro atomique le plus bas de tous les éléments chimiques et se combine avec O pour former de l'eau.

-Cet atome H est présent en grande partie dans les squelettes carbonés qui forment des molécules organiques.

-Plus la quantité de liaisons CH dans les biomolécules est grande, plus l'énergie produite avec leur oxydation est grande. Pour cette raison, l'oxydation des acides gras génère plus d'énergie que celle produite dans le catabolisme des glucides.

L'atome O

C'est le bioélément qui, avec H, forme l'eau. L'oxygène est plus électronégatif que l'hydrogène, ce qui lui permet de former des dipôles dans la molécule d'eau.

Ces dipôles facilitent la formation d'interactions fortes, appelées liaisons hydrogène. Les liaisons faibles telles que les ponts H sont essentielles pour la solubilité moléculaire et pour le maintien de la structure des biomolécules.

L'atome N

-Il se trouve dans le groupe amino des acides aminés, et dans le groupe variable de certains acides aminés comme l'histidine, entre autres.

-Il est indispensable à la formation des sucres aminés, des bases azotées des nucléotides, des coenzymes, entre autres molécules organiques.

Molécules qui composent CHON

L'eau

Source: Pixabay

H et O sont joints par des liaisons covalentes, formant de l'eau dans une proportion de 2H et O. Parce que l'oxygène est plus électronégatif que l'hydrogène, ils se rejoignent pour former une liaison covalente de type polaire.

En ayant ce type de liaison covalente, il permet à de nombreuses substances d'être solubles en formant avec elles des liaisons hydrogène. L'eau fait partie d'environ 70 à 80% de la structure d'un organisme ou d'un être vivant.

L'eau est le solvant universel, elle remplit de nombreuses fonctions dans la nature et chez les êtres vivants; il a des fonctions structurelles, métaboliques et régulatrices. En milieu aqueux, la plupart des réactions chimiques des êtres vivants sont effectuées, parmi de nombreuses autres fonctions.

Les gaz

Source: Pixabay

Par union de type apolaire covalent, c'est-à-dire sans différence d'électronégativité, sont réunis des atomes égaux tels que O. Ainsi se forment des gaz atmosphériques, tels que l'azote et l'oxygène moléculaire, essentiels pour l'environnement et les êtres vivants.

Biomolécules

Source: Max Pixel

Ces bioéléments s'unissent entre eux et avec d'autres bioéléments, formant les molécules des êtres vivants.

Ils sont reliés par des liaisons covalentes, donnant naissance à des unités monomères ou à de simples molécules organiques. Ceux-ci sont à leur tour reliés par des liaisons covalentes et forment des molécules organiques complexes ou des polymères et des supramolécules.

Ainsi, les acides aminés forment des protéines et les monosaccharides sont les unités structurelles des glucides ou des glucides. Les acides gras et le glycérol constituent les lipides saponifiables et les mononucléotides constituent les acides nucléiques ADN et ARN.

Parmi les supramolécules, on trouve par exemple: les glycolipides, les phospholipides, les glycoprotéines, les lipoprotéines, entre autres.

Références

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