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LES ÉLÉMENTS CHIMIQUES

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Abondance des éléments sur Terre et dans les êtres vivants

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Abondance des éléments sur Terre et dans les êtres vivants

 

I. Abondance relative des éléments chimiques de la croûte terrestre et des êtres vivants

 

« Les éléments », on entend par là les éléments chimiques (les atomes :carbone, hydrogène, oxygène, etc). On pourrait partir de l’histogramme ci-dessous qui donne l’abondance relative des éléments chimiques exprimée en pourcentage du nombre total d’atomes.

 

abondance

 

On compare ici en rouge l’abondance relative des éléments chimiques constitutifs des êtres vivants (les tissus mous exclusivement pour cet histogramme) et en bleu l’abondance relative des éléments chimiques constitutifs de la croûte terrestre.

Ce qui apparaît évident c’est l’importante richesse en éléments hydrogène chez les êtres vivants, en carbone, en oxygène essentiellement. Donc C, H, O semblent être les éléments chimiques, les atomes, constitutifs des êtres vivants.

Comparativement, en bleu, on constate que la croûte terrestre est plutôt riche en oxygène (O) et en silicium (Si).

 

II. Être vivant

 

Quelle est la notion de vie et d’être vivant ?

Définition : un être vivant est un ensemble de molécules (une molécule est un assemblage d’éléments chimiques, d’atomes) organiques (tout ce qui présente surtout du carbone) mais aussi de molécules minérales.

Ces molécules organiques et ces molécules minérales, sont constamment fabriquées, synthétisées et dégradées. De sorte que, finalement, les êtres vivants sont traversés de processus chimiques et physiques qui vont vers un ordre. L’Univers va constamment vers un désordre constant, et quand on range, quand on fabrique ou synthétise des molécules, cela demande de l’énergie. Donc finalement quand on est vivant, on est traversé de flux énergétiques que cet organisme vivant va être capable de convertir et d’utiliser à des fins de construction.

Etre vivant c’est constamment aller vers un certain ordre de la matière. Quand on meurt, c’est le désordre total et on restitue les éléments chimiques, les atomes qu’on a emprunté à notre environnement pour un futur individu vivant.

 

III. Classer les molécules

 

On peut classer les molécules entre les organiques et les minérales. Regardons de nouveau l’histogramme.

 

A. Molécules minérales  

 

quartz

 

- Si on regarde la représentation en 3D d’une molécule de quartz SiO2 (ci-dessus), on voit qu’il est fait de silicium et d’oxygène donc on met cette molécule plutôt dans le domaine du minéral. Ce n’est pas vivant, il n’y a pas de carbone ni d’hydrogène.

 

- Si on regarde la représentation en 3D d’une molécule de mica (deux formes différentes de mica) : muscovite (à gauche) ou biotite (à droite), on voit qu’il s’agit bien d’une molécule formée d’atomes liés entre-eux par des liaisons covalentes mais il n’y a pas d’atomes de carbone ou d’hydrogène : on est dans de la matière inerte, dans de la matière minérale.

 

B. Molécules organiques

 

Glucides

Voici une molécule de glucose, on reconnaît ici l’élément carbone qui apparaît en gris sur cette représentation (mais généralement on le représente en noir), lié de manière covalente à au moins un atome d’hydrogène : il s’agit d’une molécule organique, du vivant. Donc le glucose appartient à une grande famille qui s’appelle les glucides et qui sont des composés ternaires faits de 3 éléments chimiques : C, H et O.

 

 

Un autre exemple de glucide avec le saccharose: on remarque du gris pour le carbone, du blanc pour l’hydrogène et enfin du rouge pour l’oxygène.

 

Lipides

acide-palmitique

Voici une molécule qui s’appelle l’acide palmitique, qu’on retrouve dans l’huile de palme. On constate que c’est une longue chaîne grise, on dit une longue chaîne carbonée, liée de manière covalente à des atomes d’hydrogène : C, H. On est bien en face d’une molécule organique. Il y a, à la fin de cette longue chaîne carbonée, de l’oxygène. Là encore, on a un composé ternaire fait de 3 éléments chimiques, C, H, O : c’est du vivant.

 

acide-arachidonique

Un autre exemple de lipide avec l’acide arachidonique qu’on trouve dans l’huile d’arachide et là encore on constate une longue chaîne carbonée grise, donc du carbone, liée à des atomes d’hydrogène (C, H). On est bien en face d’un composé organique, avec de l’oxygène. C, H, O, c’est un lipide.

 

Protéines

 

Dans la famille des protéines, voici une molécule l’insuline, une molécule très complexe comprenant beaucoup d’éléments chimiques qu’il est difficile de distinguer sur cette représentation : du carbone en gris, de l’hydrogène en blanc, de l’oxygène en rouge (C, H, O), mais aussi de l’azote en bleu, et du soufre en jaune (C, H, O, N, S). C, H sont présents donc on est en face d’une molécule organique

Un autre exemple de protéine : l’hémoglobine, qui finit en « ine »  comme « protéine », « insuline ». Là encore, c’est un composé fait de H, de O, de N, et de S.

 

Nucléotides

adenine

Voilà un exemple de nucléotide, c’est un élément constitutif de l’ADN qui se nomme l’adénine. Si on regarde sa composition, il faut identifier le carbone en gris, l’hydrogène en blanc (C, H : c’est bien de l’organique), de l’oxygène en rouge, mais aussi de l’azote en bleu (C, H, O, N) et enfin il y a du phosphore (donc C, H, O, N, P) donc c’est constitutif typique des nucléotides que l'on retrouve dans des acides nucléiques tels que l’ADN (acide désoxyribonucléique) ou encore l’ARN (acide ribonucléique).

 

Conclusion

           

Les molécules organiques constitutives du vivant présentent un carbone, un atome tétravalent (qui effectue 4 liaisons chimiques avec d’autres éléments chimiques) mais pour être organique le carbone est nécessairement dit réduit, c’est-à-dire lié de manière covalente à au moins un atome d’hydrogène.

Si on a C, H, O on est dans la famille des glucides ou des lipides. Ces molécules sont très énergétiques. Quand on rompt les liaisons entre le carbone et l’hydrogène, on libère beaucoup d’énergie.

Les protides C, H, O, N, S sont des molécules moins énergétiques mais qui ont un rôle fonctionnel et informationnel important.

Enfin les nucléotides C, H, O, N, P sont des molécules à rôle strictement informationnel.

Pour savoir si une molécule est une molécule organique ou minérale, il est possible de voir si elle est combustible. Parce que un carbone réduit lié à au moins une molécule d’hydrogène, donne une propriété chimique : dans l’atmosphère oxydante (l’atmosphère riche en O2), cette molécule est combustible. Elle brûle. En brûlant, elle libère du CO2, ; H2O et de l’énergie sous forme de lumière et/ou de chaleur.

Donc une molécule organique combustible est caractéristique du vivant comparativement au minéral surtout Si et O, avec du fer, du magnésium.