QUELLE EST LA COMPOSITION CHIMIQUE DES ÊTRES VIVANTS? - LA BIOLOGIE - 2025

La composition chimique des êtres vivants est basée sur des molécules organiques et certains éléments inorganiques, plus ou moins dans les mêmes proportions et qui remplissent des fonctions similaires dans tous.

Les organismes vivants sont constitués de cellules et ces cellules présentent différents degrés de complexité dans leur organisation. Certains sont relativement simples, comme les bactéries, et d'autres se caractérisent par des schémas d'organisation plus complexes, avec beaucoup plus d'éléments dans leur organisation interne, comme c'est le cas dans la plupart des cellules eucaryotes.

Photographie de «oblako3011» sur www.pixabay.com

Les éléments structuraux de la matière vivante sont constitués de biomolécules et les principaux constituants de la plupart de ces biomolécules sont, dans le cas de l'homme, par exemple, le carbone (50%), l'oxygène (20%), l'hydrogène (10%).), azote (8,5%), calcium (4%) et phosphore (2,5%) (toutes les valeurs relatives au poids sec).

Ces six éléments représentent environ 95% de la composition totale en matière organique, les 5% restants correspondent à d'autres éléments tels que: le potassium, le soufre, le sodium, le chlore, le magnésium, le fer, le manganèse et l'iode.

Il est à noter que la majeure partie de la composition des organismes (plus de 60% du poids corporel) est de l'eau à l'état liquide, qui est un élément fondamental de la vie puisque les structures intracellulaires et les cellules elles-mêmes y sont immergées..

Ce milieu liquide fournit aux cellules les conditions nécessaires les plus importantes et dans celui-ci toutes les réactions biochimiques pertinentes pour la survie ont lieu.

composition chimique de l'être vivant

- Biomolécules complexes

Plusieurs des principaux éléments qui entrent dans la composition de la matière vivante se combinent dans des proportions différentes pour former différents ensembles de petites molécules organiques, qui à leur tour servent d'éléments structurels pour la formation de biomolécules plus complexes.

La relation entre ces éléments structurels et les principales biomolécules complexes d'organismes est la suivante:

- Désoxyribonucléotides et acide désoxyribonucléique (ADN)

- Ribonucléotides et acide ribonucléique (ARN)

- Acides aminés et protéines

- Monosaccharides et polysaccharides

- Acides gras et lipides

Désoxyribonucléotides et acide désoxyribonucléique

L'acide désoxyribonucléique ou ADN contient les informations héréditaires de tous les êtres vivants, procaryotes et eucaryotes. Cette biomolécule importante détermine également les principales caractéristiques d'une cellule, à la fois d'un point de vue morphologique, métabolique, structurel et développemental.

L'ADN code les informations nécessaires à la synthèse des protéines, ainsi que celles nécessaires à la synthèse de l'ARN, qui est une autre molécule organique importante nécessaire à la synthèse et au contrôle de nombreux processus cellulaires.

C'est un polymère composé de deux brins de sous-unités appelées nucléotides, dont les structures sont formées par une molécule de désoxyribose (un monosaccharide à 5 atomes de carbone), un ou plusieurs groupements phosphate et une base azotée à un ou deux cycles (purine ou pyrimidine, respectivement).

Les bases puriques de l'ADN sont l'adénine (A) et la guanine (G), tandis que les bases pyrimidiniques sont la thymine (T) et la cytosine (C).

De manière linéaire, les nucléotides d'un même brin d'ADN sont liés les uns aux autres par des liaisons phosphodiester, qui sont constituées des groupes phosphate et des sucres auxquels ils sont liés de manière covalente.

Les bases présentes dans l'un des brins sont complémentaires de celles qui sont opposées à celles de l'autre brin au moyen de liaisons hydrogène, toujours de la même manière: adénine avec thymine (AT) et guanine avec cytosine (GC).

Différentes bases azotées dans l'ADN et l'ARN.

Utilisateur source: Sponktranslation: Utilisateur: Jcfidy

Ribonucléotides et acide ribonucléique

Comme l'ADN, l'acide ribonucléique est une biomolécule et est responsable du processus de liaison des acides aminés qui composent les protéines, ainsi que d'autres processus plus complexes de régulation et de contrôle de l'expression des gènes.

C'est aussi un biopolymère, mais les nucléotides qui le forment sont appelés ribonucléotides, car le monosaccharide qui les structure n'est pas un désoxyribose, comme dans l'ADN, mais un ribose. Ils ont également un ou plusieurs groupes phosphate et leurs bases azotées diffèrent de celles de l'ADN en ce que la guanine n'est pas présente, mais l'uracile (U).

Acides aminés et protéines

Les protéines sont des biomolécules qui peuvent atteindre divers degrés de complexité et sont considérablement polyvalentes en termes de structure et de fonction. Ils donnent non seulement une structure et une forme aux cellules, mais peuvent également avoir des activités qui permettent le développement rapide de réactions biochimiques essentielles (enzymes).

Quel que soit le type de protéine en question, ils sont tous constitués de «blocs de construction» de base appelés acides aminés, qui sont des molécules qui ont un atome de carbone «asymétrique» attaché à un groupe amino (-NH2), à un groupe carboxyle (-COOH), un atome d'hydrogène (-H) et un groupe R qui les différencie.

Représentation graphique de la structure d'une protéine ribosomale (Source: Jawahar Swaminathan et personnel MSD de l'Institut européen de bioinformatique via Wikimedia Commons)

Les acides aminés les plus courants dans la nature sont 20 et sont classés selon l'identité du groupe R; ceux-ci sont:

- asparagine, glutamine, tyrosine, sérine, thréonine (polaires)

- acide aspartique, acide glutamique, arginine, lysine, histidine (ceux avec charge) et

- glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, tryptophane, proline, cystéine, méthionine et phénylalanine (les apolaires).

Une fois que l'ADN est traduit en molécule d'ARN, chaque triplet de nucléotides représente un code qui indique à la structure qui synthétise les protéines (ribosomes) le type d'acide aminé à incorporer dans la chaîne peptidique en croissance.

Les polypeptides qui composent les protéines sont produits, ensuite, grâce à l'union entre leurs acides aminés, qui consiste en l'établissement d'une liaison peptidique entre le carbone du groupe carboxyle d'un acide aminé et l'azote du groupe aminé de l'acide aminé adjacent.

Monosaccharides et polysaccharides

Les glucides sont l'une des biomolécules les plus abondantes chez les êtres vivants. Ils remplissent des fonctions de base telles que des éléments structurels, nutritionnels, de signalisation, etc. Ils sont constitués de complexes chimiques de carbone, d'hydrogène et d'oxygène dans des proportions différentes.

Les plantes sont l'un des principaux producteurs naturels de glucides des êtres vivants et la plupart des animaux en dépendent pour leur subsistance, puisqu'ils en extraient de l'énergie, de l'eau et du carbone.

Cellulose, un biopolymère structurel (Source: Vicente Neto via Wikimedia Commons)

Les glucides structuraux des végétaux (cellulose, lignine, etc.), ainsi que les glucides de réserve des plantes (amidon) et de nombreux animaux (glycogène), sont des polysaccharides plus ou moins complexes constitués de polymères d'unités sucres simples ou monosaccharides (principalement glucose).

Acides gras et lipides

Les lipides sont des composés insolubles dans l'eau qui constituent la substance fondamentale des membranes biologiques, élémentaire du point de vue fonctionnel et structurel de toutes les cellules vivantes.

Ce sont des molécules amphipathiques, c'est-à-dire des molécules qui ont une extrémité hydrophile et une extrémité hydrophobe. Ils sont constitués de chaînes d'acides gras attachées à un squelette carboné, généralement du glycérol, dont le troisième atome de carbone «libre» est lié à un substituant particulier qui donne à chaque molécule son identité.

Certains des lipides les plus courants (Source: Le téléchargeur d'origine était Lmaps sur Wikipedia anglais. Via Wikimedia Commons)

Les acides gras sont des hydrocarbures, c'est-à-dire qu'ils sont composés uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène liés ensemble.

L'association de plusieurs lipides sous forme de bicouche est ce qui rend possible la formation d'une membrane et les caractéristiques d'hydrophobicité de cette structure, ainsi que la présence de protéines intégrales et périphériques, en font une structure semi-perméable.

- L'eau

Photographie de José Manuel Suárez, via Wikimedia Commons

L'eau (H2O) est l'un des éléments chimiques les plus importants pour les êtres vivants et les cellules qui les composent. Une grande partie du poids corporel des animaux et des plantes est constituée de ce liquide incolore.

Grâce à la photosynthèse réalisée par les plantes, l'eau est la principale source d'oxygène que respirent les animaux et également d'atomes d'hydrogène qui font partie de composés organiques.

Il est considéré comme le solvant universel et ses propriétés le rendent particulièrement important pour le développement de pratiquement toutes les réactions biochimiques qui caractérisent les organismes vivants.

Vue d'un point de vue cellulaire, l'eau est divisée en «compartiments»:

• L'espace intracellulaire, où le cytosol est formé par l'eau avec d'autres substances mélangées, un fluide dans lequel les organites des cellules eucaryotes sont en suspension.
• L'espace extracellulaire, qui est constitué de l'environnement qui entoure les cellules, soit dans un tissu, soit dans un environnement naturel (organismes unicellulaires).

- Ions

Une grande partie des éléments chimiques dans les cellules se trouve sous la forme des biomolécules mentionnées ci-dessus et de nombreux autres omis de ce texte. Cependant, d'autres éléments chimiques importants se présentent sous la forme d'ions.

Les membranes cellulaires sont généralement imperméables aux ions dissous dans l'environnement interne ou externe des cellules, de sorte que celles-ci peuvent entrer ou sortir de celles-ci par des transporteurs ou des canaux spéciaux.

La concentration ionique du milieu extracellulaire ou du cytosol influence les caractéristiques osmotiques et électriques des cellules, ainsi que les différents processus de signalisation cellulaire qui en dépendent.

Parmi les ions les plus importants pour les tissus animaux et végétaux figurent le calcium, le potassium et le sodium, le chlore et le magnésium.

Références

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J et al. Biologie moléculaire de la cellule. 4e édition. New York: Garland Science; 2002. Les composants chimiques d'une cellule. Disponible sur: ncbi.nlm.nih.gov
2. Gladyshev, GP, Kitaeva, DK et Ovcharenko, EN (1996). Pourquoi la composition chimique des êtres vivants s'adapte-t-elle à l'environnement? Journal of Biological Systems, 4 (04), 555-564.
3. Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA et Rodwell, VW (2014). La biochimie illustrée de Harper. Mcgraw-hill.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL et Cox, MM (2008). Principes de Lehninger de la biochimie. Macmillan.
5. Prescher, JA et Bertozzi, CR (2005). Chimie dans les systèmes vivants. Nature Chemical Biology, 1 (1), 13-21.
6. Solomon, EP, Berg, LR et Martin, DW (2011). Biology (9e éd.). Brooks / Cole, Cengage Learning: États-Unis.