partie 2

CHAPITRE 16
NOTIONS ESSENTIELLES DE CHIMIE
« La chimie, science de la complexité de la matière, est
la plus à même d'appréhender la complexité de l'être vivant.
Elle est le vrai fondement de la biologie. »
Professeur Michel MASSOL.
« La médecine devra prendre maintenant une autre
échelle pour remonter jusqu'à la cause des causes : l'échelle
de la molécule. » Guy-Claude BURGER.
A. LES MATERIAUX DE L'ORGANISME
Les êtres vivants offrent une prodigieuse diversité. Une bactérie, un
champignon, un arbre, un insecte, un poisson, un mammifère paraissent très
différents les uns des autres. Cependant ils sont constitués de matériaux
analogues : eau, minéraux, vitamines, glucides, lipides, protéines et acides
nucléiques.
Les structures de base sont les atomes. Chaque atome est constitué
d'un noyau environné d'électrons. Le noyau rassemble les neutrons, sans
charge électrique, et les protons, chargés positivement. Les électrons sont
des particules chargées négativement, qui tournent sur des orbites autour du
noyau. Il existe de nombreuses variétés d'atomes (hydrogène, oxygène,
carbone, fer, uranium, etc.) qui se distinguent par un nombre différent de
neutrons, de protons et d'électrons.
Les molécules sont formées par la réunion d'atomes, réunion possible
grâce aux liaisons chimiques (MICHAUT 2002). Celles-ci sont de plusieurs
types, dont trois sont particulièrement répandus :
* Liaison covalente, très solide, où un électron devient commun à deux
atomes. La liaison covalente peut être simple, double, triple ou quadruple.
* Liaison hydrogène, moins solide, où l'attraction repose sur des charges
électriques opposées, positive pour un atome, négative pour le second atome.
* Forces de Van der Waals, encore plus faibles.
Passons maintenant à l'étude des matériaux de l'organisme humain,
sachant que ces composants se retrouvent avec certaines variantes chez les
divers êtres vivants.

302 Notions essentielles de chimie
1. L'eau
Elle correspond à 70 % du poids du corps.
2. Les minéraux
Si l'on met à part l'oxygène, l'hydrogène, le carbone, l'azote et le phos-
phore fort abondants et surtout utiles à l'édification de l'eau, des glucides,
des lipides, des protéines et des acides nucléiques, il reste encore de nom-
breux minéraux.
Ces minéraux se présentent sous forme de sels (chlorure de sodium,
phosphate de calcium, etc.) et sous forme d'ions, les uns à charge électrique
négative ou anions (soufre, chlore, etc.), les autres à charge électrique posi-
tive ou cations (fer, potassium, etc.).
Certains minéraux sont en quantité forte ou assez forte, ce qu'on
désigne par quantité « pondérale ». Citons dans ce cadre le chlore, l'iode, le
soufre, le fluor, le sodium, le potassium, le calcium, le magnésium et le fer.
D'autres minéraux n'existent qu'en quantité faible ou infime. On les
appelle oligo-éléments. Parmi les principaux se placent le zinc, le cuivre, le
manganèse, le sélénium, le silicium, le cobalt, le chrome, le germanium, le
rubidium, le vanadium. Malgré leur faible dosage, les oligo-éléments sont
indispensables au bon fonctionnement de l'organisme.
En effet, de nombreuses enzymes nommées métalloenzymes ont besoin
pour exercer leur action d'un métal ou d'un métalloïde, de type particulier
pour chaque enzyme. Certaines enzymes dépendent du magnésium ou du
fer, d'autres dépendent d'un oligo-élément précis. Les propriétés des divers
oligo-éléments ont été détaillées dans plusieurs revues générales (MENE-
TRIER 1958, FAURE et FAVIER 1988, MOUDON 1989).
3. Les vitamines
À l'instar de certains oligo-éléments, les vitamines sont des cofacteurs
de réactions enzymatiques. Elles doivent être apportées par l'alimentation,
car l'homme ne peut pas les synthétiser. On distingue deux catégories de
vitamines :
* Les vitamines liposolubles : A, D, E, K.
* Les vitamines hydrosolubles : B1, B2, B5, B6, B12, acide folique, C, PP.
Il n'existe de risque de surdosage que pour les vitamines A et D. Les
sources et les fonctions des diverses vitamines sont bien connues (MOUDON
1989).
4. Les glucides ou sucres
Structure
Elle est bien décrite dans les livres d'AUBERT et coll. (1974), et de LOUISOT
(1983) et de MOUSSART (1999). Les glucides sont faits uniquement de carbone
(C), d'hydrogène (H) et d'oxygène (O). Leur formule générale est Cn (H20)n.
Les glucides les plus simples sont les oses ou monosaccharides, pour
lesquels n varie entre 3 et 7. Les plus importants pour l'homme sont les
hexoses (n = 6) comprenant le glucose, le galactose, le mannose et le
fructose. La formule chimique de ces sucres est présentée sur la figure 45.

Les matériaux de l'organisme303
Les glucides plus complexes sont les osides constitués par l'union de
plusieurs oses. On parle d'oligosaccharides quand les oses sont en petit
nombre, de polysaccharides quand les oses sont en grand nombre.
Parmi les disaccharides correspondant à l'union de deux oses, il faut
connaître le maltose (glucose-glucose), le saccharose (fructose-glucose) et
le lactose (galactose-glucose).
Parmi les polysaccharides, l'un d'eux est essentiel chez l'homme : le
glycogène qui est un polymère du glucose. D'autres sont importants chez
les végétaux : amidon, inuline, cellulose, hémicelluloses, pectines.
Les glucides peuvent se combiner aux lipides pour donner des glycoli-
pides et aux protéines pour donner des glycoprotéines.
Parmi les glycolipides, citons les lipopolysaccharides trouvés dans la
paroi des bactéries Gram négatives. Parmi les glycoprotéines, citons les glyco-
saminoglycanes (certains constituants de la matrice extra-cellulaire, l'héparine)
et les peptidoglycanes (paroi des bactéries Gram négatives et Gram positives).
Un glucide peut dévier la lumière polarisée vers la droite ou vers la
gauche. Il est étiqueté dextrogyre ou lévogyre. Ces termes ne doivent pas
Figure 45 - FORMULE CHIMIQUE
DES PRINCIPAUX HEXOSES

304 Notions essentielles de chimie
être confondus avec les termes D et L. Les carbones sont numérotés de 1 à n,
en donnant le numéro 1 au carbone le plus oxydé (CHO). Lorsque le radical
hydroxyle (HO) est placé à droite de l'avant dernier carbone, il s'agit d'un
composé D. Lorsque le radical hydroxyle est placé à gauche, il s'agit d'un
composé L.
Le même glucide peut apparaître sous la forme D ou sous la forme L
qui en est l'image en miroir. La figure 45 en donne un exemple avec le D
glucose et le L glucose. Ces deux corps qui ont une structure identique,
mais avec une disposition différente de certains atomes, sont des isomères
optiques. Les hexoses physiologiques sont des composés D. Nous possé-
dons des enzymes capables de métaboliser les composés D, mais non les
composés L.
Fonctions
Les glucides ont plusieurs rôles (MOUSSARD 1999) :
1) Au niveau extra-cellulaire
Ils entrent dans la composition de la matrice extracellulaire et du
cartilage.
2) Au niveau intracellulaire
Ils interviennent de deux façons :
* Au plan structural, ils sont intégrés dans certains éléments essentiels,
les acides nucléiques et les coenzymes.
* Au plan énergétique, ils constituent la source qui permet le fonction-
nement des cellules. Ce sujet sera développé dans la deuxième partie de ce
chapitre « Catabolisme et Anabolisme ».
3) Au niveau intercellulaire
Liés à des lipides ou à des protéines membranaires, les glucides sont
impliqués dans les processus de communication entre cellules.
5. Les lipides ou corps gras
Structure
Les lipides sont définis par une propriété commune : ils sont peu ou
pas solubles dans l'eau et solubles dans les solvants organiques.
Comme les glucides, ils contiennent seulement du carbone, de l'hydro-
gène et de l'oxygène, mais les atomes sont disposés autrement que dans les
sucres.
Les lipides les plus simples sont les acides gras (MENDY 1986). Leur
formule chimique est CH3 - (CH2)n - COOH. On les sépare en trois caté-
gories : saturés, monoinsaturés et polyinsaturés (figure 46).
a) Acides gras saturés
Les atomes de carbone sont unis les uns aux autres par de simples liai-
sons. Les atomes de carbone ne disposent d'aucune possibilité pour s'unir à
une autre structure. On dit qu'ils sont saturés.

Les matériaux de l'organisme 305
Les acides gras saturés sont nombreux et comptent 2 à 24 atomes de
carbone, pour nous limiter à ceux qui sont rencontrés chez l'homme. Tous
peuvent être synthétisés par l'organisme, ce qui signifie qu'il n'est pas
absolument nécessaire qu'ils soient amenés par l'alimentation. Parmi les
principaux acides gras saturés, citons l'acide palmitique (C16), l'acide stéa-
rique (C18) et l'acide lignocérique (C24).
b) Acides gras monoinsaturés
Tous les atomes de carbone présentent des liaisons simples, sauf deux
d'entre eux qui sont unis par une double liaison. Dans certaines circonstances,
une des deux liaisons peut se rompre et les deux atomes de carbone ont la pos-
sibilité de s'accrocher à une autre structure par leur valence libérée (figure 46).
Les acides gras monoinsaturés sont synthétisables par l'organisme humain
à partir des glucides. Les principaux acides gras monoinsaturés sont l'acide
palmitoléique (C16), l'acide oléique (C18) et l'acide nervonique (C24).
Figure 46 - ACIDES GRAS SATURÉS ET INSATURÉS
Acide gras saturé
Tous les carbones
sont unis par de
simples liaisons
Acide gras insaturé
Deux des carbones
sont unis par une
double liaison
Ouverture d'une des
deux liaisons permettant
l'accrochage à l'acide
gras d'une structure X
Forme cis
Forme trans