Les molécules constitutives des êtres vivants

 Objectif(s)

Comment est organisée la matière vivante ?
Mettre en évidence les grandes familles de molécules organiques.
Décrire leurs structures et les fonctions qu’elles assurent au sein de la matière vivante.

La matière vivante présente une unité chimique. Toutes les molécules organiques la constituant sont formées d’un squelette carboné. Ces molécules vont assurer des fonctions essentielles dépendantes de leur structure et de leur localisation au sein de la matière vivante.

Lorsque l’on place de la matière vivante (végétale ou animale) dans un récipient et qu’on la chauffe, on constate que les gaz qui se dégagent troublent l’eau de chaux.
Ils contiennent donc du dioxyde de carbone issu de la combustion des molécules organiques.
De plus, on note la présence de vapeur d’eau. L’eau apparaît donc comme un constituant important de la matière vivante.
Ainsi, la matière vivante est constituée d’éléments minéraux (eau et sels minéraux) et d’éléments organiques.

Les molécules organiques appartiennent à trois grandes familles : les glucides, les lipides et les protides.

Remarque : les acides nucléiques forment aussi une famille de molécules organiques. Ils ne sont pas traités dans cette fiche.

1. Mise en évidence des constituants de la matière vivante.

a. Les glucides

Approches expérimentales :

1) Lorsque l’on dépose une gouttelette d’eau iodée sur un morceau de pain ou de pomme de terre on obtient une coloration violette qui révèle la présence d’amidon.

L’amidon est un sucre complexe appartenant à la famille des glucides.

2) Si l’on met à incuber à 90°C un morceau de muscle de bœuf dans de la liqueur de Fehling, on obtient une coloration rouge brique mettant en évidence la présence de glucides dans ce tissu animal.

Ainsi, la matière vivante, qu’elle soit animale ou végétale contient des glucides.
Il existe différents types de glucides :
- des glucides simples comme le glucose.
- des glucides complexes comme l’amidon résultant de la polymérisation de glucides simples.

b. Les lipides

Approche expérimentale :

Lorsque l’on met un morceau de muscle de bœuf ou un cerneau de noix au contact d’un papier absorbant, on constate l’apparition d’une auréole persistante qui révèle la présence de substances grasses. Ce sont les lipides.

c. Les protides

Approche expérimentale :

Le test de Biuret permet de mettre en évidence les protides. Il consiste à placer de la matière vivante (muscle de bœuf ou graine de haricot) dans une solution de soude (20%). Puis on rajoute quelques gouttes de sulfate de cuivre (solution à 1%). La coloration violette prouve la présence de protides.

2. Rôle des différents constituants de la matière vivante

a. L'eau

L’eau est le constituant majeur de la matière vivante. Elle représente 60% de la masse totale chez les animaux et 75% de la masse totale chez les végétaux.

Elle constitue un milieu favorable à la mobilité des molécules et donc aux réactions chimiques.

b. Les glucides

Les glucides sont très abondants dans la matière vivante. Toutefois, ils sont plus abondants dans le monde végétal que dans le monde animal où ils constituent un composant important des parois cellulosiques (cellulose).

Comme montré dans le document 1, les glucides complexes sont organisés en chaînes carbonées formées par la succession de glucides simples comme le glucose ou le galactose.
Les glucides jouent un rôle principalement dans le métabolisme énergétique.
Les polymères tels que l’amidon (chez les végétaux) ou le glycogène (chez les animaux) servent de réserve de glucose utilisée comme carburant par les cellules pour produire de l’énergie lors de la respiration.

c. Les lipides

Les lipides sont généralement définis comme des molécules insolubles dans l’eau.

La structure des lipides est variée (Document 2). Ils sont formés de une (palmitate), deux (sphingomyéline) ou trois (triglycérides) chaînes carbonées hydrophobes reliées entre elles par une tête hydrophile.
Les fonctions associées aux lipides sont aussi variées :
  - Ce sont les constituants majeurs des membranes cellulaires.
  - Ils forment des réserves énergétiques aussi bien chez les animaux que chez les végétaux.
  - Certaines hormones impliquées dans la communication sont des lipides.

d. Les protides

Ce sont des composants majeurs de la matière vivante. Ils sont formés par la polymérisation d’acides aminés et sont aussi appelés protéines.
Leur structure, repliement de la chaîne carbonée est fondamentale pour qu’ils puissent assurer leurs fonctions.

Les protéines sont impliquées dans toutes les fonctions de l’organisme.
Elles assurent :
  - Un rôle structural et mécanique : maintien de la forme des cellules, contraction musculaire, …
  - Une fonction de défense de l’organisme : anticorps, récepteurs des cellules T, …
  - Un rôle de messager : hormones, insuline, neurotransmetteurs, …
  - Un rôle régulateur : expression des gènes, contrôle de la division cellulaire, …

L'essentiel

La matière vivante est formée par l’association des molécules organiques qui assurent chacune, de part leur structure et leur localisation, un rôle essentiel.
Les glucides formés des éléments C, H et O jouent un rôle important dans le métabolisme énergétique.
Les lipides formés des éléments C, H et O jouent un rôle structural (membrane cellulaire) et énergétique (graisses et huiles)
Les protides formés de C, H, O et N participent à toutes les fonctions de l’organisme : structure, défense immunitaire, communication hormonale et nerveuse, expression génique.