Biochimie : Composition élémentaire de la matière organique

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INTRODUCTION
La biochimie est la science expérimentale qui étudie les diverses molécules présentes dans
les organismes vivants ainsi que les réactions chimiques correspondantes.
Elle est une science expérimentale qui vise l’étude des processus chimiques à la base de la
vie en décrivant et en expliquant à l’échelle moléculaire tous les processus chimiques des
cellules vivantes..
Une des disciplines fille de la biochimie, la biologie moléculaire, a connu au cours des vingt
dernières années une progression sans précédent. La compréhension des bases moléculaires
du support de l’information génétique jumelée aux techniques permettant la manipulation de
l’ADN recombinant ont permis aux biochimistes de faire des percées dans des domaines aussi
divers que la génétique humaine, la pharmacologie, l’agroalimentaire, l’environnement et
l’évolution.
Elle a beaucoup contribué à l’essor de la biotechnologie. En médecine, elle a permis d’éclairer
les causes de certaines maladies et proposé des solutions.
La biochimie structurale présente les structures des molécules à partir des monomères (acides
aminés, oses, etc) jusqu’aux polymères (protéines, osides, etc).
I- Eléments majeurs (C, H, O, N, S, P, Cl…)
Ils représentent plus de 95 % de tous les organismes. Les quatre principaux éléments (C, H,
O, N) sont répartis de façon homogène. Le carbone occupe une place centrale, il participe de
manière déterminante à la formation de squelette de base de toutes les molécules biologiques.
Le carbone intervient également sous forme minérale (CO2, HCO3-, CO32-). Le carbone joue
également un rôle dans les mécanismes de dégradation et de synthèse de nombreux
organismes. Il représente une réserve servant de tampon au pH physiologique. On trouve
l’hydrogène et l’oxygène en quantité importante parce que ces éléments existent dans toutes
les biomolécules et notamment dans leur combinaison vitale que constitue l’eau. L’oxygène
est l’élément le plus abondant de la matière vivante (+ de 60%). L’azote (N) (1 à 5%) est le

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quatrième élément essentiel (constituant des protéines et des acides nucléides). Le taux est
plus élevé dans les tissus animaux que dans les tissus végétaux. L’étude des combinaisons
organiques de ces quatre éléments (C, H, O, N) constitue la base de la biochimie structurale.
Le soufre (S) et le phosphore (P) sont toujours présents, soit sous forme de sels minéraux,
soit sous forme de combinaisons organiques. On trouve le phosphore (P) dans l’adénosine
triphosphate (ATP) qui est le réservoir énergétique de la cellule.
II- Oligoéléments (Fe, I, Zn, Co, F, Cu, etc.)
Un oligo-élément est un petit nutriment minéral nécessaire à l'organisme à condition qu'il soit
apporté en petite quantité. S'il est ingéré en trop grandes quantités, il peut être toxique.
Il existe de façon permanente dans la matière vivante. Bien que présents à l’état de trace, ils
sont indispensables à la vie et jouent un rôle capital notamment dans la catalyse enzymatique.
- Le fer (Fe) entre dans la composition de l’hémoglobine et joue un rôle dans le transport
de l’oxygène dans le sang (viandes rouges, les légumes verts feuillus). L'anémie ferriprive
survient en raison d'une carence en fer. L'anémie se caractérise par une diminution du
nombre de globules rouges dans le sang.
- L’iode (I) est le constituant essentiel des hormones thyroidiennes (sel iodé; produits de
la mer). La carence en Iode se manifeste par le grossissement de la thyroïde, qui entraîne un
gonflement de la base du cou (goitre): goitre ou gonflement de la base du cou.
Elément Homme Plante Bactérie
C
H
N
O
S
P
TOTAL
19,37 11,34 12,14
9,31 8,72 9,94
5,14 0,83 3,04
62,81 77,9 73,68
0,64 0,10 0,32
0,63 0,71 0,60
97,90 99,60 99,72

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- Le Zinc (Zn) intervient dans le maintien des structures de certaines enzymes (foie,
huitres). La carence en zinc peut provoquer une perte d’appétit, un retard de
croissance et du développement chez les nouveau-nés et les enfants.
- Le cobalte (Co) est un des composants de la vitamine B12 (poissons, viandes, fruits et
légumes). Une carence en vitamine B12 se traduit par une anémie macrocytaire (globules
rouges trop gros), une anémie, une nervosité; une baisse des capacités intellectuelles etc.
- Le fluor (F) se trouve essentiellement dans les dents et dans les os. Pour ingérer du
fluor, il faut consommer du thé vert et les légumes verts feuillus. Une carence en fluor
provoque une faiblesse dentaire (caries dentaires) et osseuse (ostéoporose).
- Le cuivre (Cu) facilite l’absorption du fer et permet de lutter contre l’anémie (foie,
levure alimentaire, légumineuses, oléagineux). La carence en cuivre se manifeste par un
déficit intellectuel profond, des vomissements, des anomalies osseuses…
- Le magnésium (Mg) est élément minéral essentiel à l’organisme. Il aide à réduire la
fatigue et contribue au bon fonctionnement du système nerveux en participant aux fonctions
psychologiques telles que: la mémorisation, la concentration et le raisonnement.
La carence en magnésium peut provoquer la fatigue, des crampes musculaires régulières et
des contractions non contrôlables notamment au niveau des paupières. On peut trouver du
magnésium dans les légumes verts, les céréales complètes, le chocolat, les haricots blancs,
les lentilles, les eaux minérales…
III- L’eau
Le pourcentage élevé de l’oxygène dans les organismes vivants s’explique en partie par la
présence universelle de l’eau dans les matières vivantes. L’eau constitue 60 à 90 % de la
masse de la plupart des cellules. Elle joue un rôle important dans les processus biologiques
grâce à ses propriétés physico-chimiques particulières
a- polarité de l’eau

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La molécule d’eau est électriquement neutre mais la densité électronique est plus forte sur
l’atome d’oxygène. O porte une charge partielle de 2- et chacun des atomes H porte une
partielle positive +, ce phénomène permet d’assimiler la molécule d’eau à un dipôle
électrique. On dit que la molécule d’eau est polaire et elle va exercer une attraction sur les
molécules d’eau voisines.
(eau) = 1,8 Debye = 6,1.10-30 Coulomb.
b- Liaison Hydrogènes avec l’eau (H2O):
L’atome d’hydrogène (H) d’une molécule d’eau présente une différence électronique + lui
permettant d’accepter partiellement un doublet libre de l’atome d’oxygène (O) d’une
molécule d’eau voisine pour établir une interaction électrostatique appelée liaison hydrogène
intermoléculaire.
L’établissement d’une liaison hydrogène obéit à trois critères:
- Pour qu’un atome d’hydrogène puisse participer à une liaison hydrogène, il faut qu’il
soit lié à un atome A fortement électronégatif tel que O, N, F…
- Il faut qu’il y’ait existence d’un deuxième atome fortement électronégatif B (B = O,
N, F…) porteur d’au moins d’un doublet libre d’électrons.
- Pour qu’il ait interaction entre H et B, il faut que A-H soit proche de B|.
• Liaison Hydrogènes intermoléculaires avec l’eau (H2O):
L’atome d’hydrogène (H) d’une molécule d’eau présente une différence électronique + lui
permettant d’accepter partiellement un doublet libre de l’atome d’oxygène (O) d’une
O
HH
2d-
d-d-
m
m: moment dipolaire

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molécule d’eau voisine pour établir une interaction électrostatique appelée liaison hydrogène
intermoléculaire.
Exemples:
liaison hydrogène dans H2O liquide = 19 kJ.mol-1
liaison hydrogène dans la glace = 24 kJ.mol-1
• Liaison Hydrogènes intramoléculaires:
C’est une liaison hydrogène à l’intérieur de la même molécule, on l’appelle aussi chélation.
Exemples:
c- Conséquence de la liaison hydrogène:
On remarque qu'une molécule apolaire a une température de fusion nettement plus basse que
les molécules polaires.
Il faut donc plus d'énergie (température plus haute) pour casser les liaisons formées par les
molécules polaires.
- La présence de liaisons hydrogènes solidifie la structure des molécules, la température de
fusion est d'autant plus élevée que celles-ci sont importantes.
-Solubilité dans l’eau de toutes les substances qui peuvent donner lieu à une liaison hydrogène
avec H2O.