KSE. Thème 4.
1. Quels sont les principaux éléments et substances qui composent une cellule vivante ?
En fonction de la quantité d'éléments chimiques entrant dans la composition des substances qui forment un organisme vivant, il est d'usage de distinguer plusieurs groupes d'atomes. Premier groupe(environ 98 % de la masse de la cellule) sont formés de quatre éléments : l'hydrogène, l'oxygène, le carbone et l'azote. On les appelle macronutriments. Ce sont les principaux composants de tous les composés organiques. Avec deux éléments deuxième groupe- le soufre et le phosphore, qui sont des composants nécessaires aux molécules de polymères biologiques (du grec polys - plusieurs ; meros - partie) - les protéines et les acides nucléiques, ils sont souvent appelés bioéléments.
En plus petites quantités, la composition cellulaire, en plus du phosphore et du soufre mentionnés, comprend 6 éléments : potassium et sodium, calcium et magnésium, fer et chlore. Chacun d’eux remplit une fonction importante dans la cellule. Par exemple, Na, K et Cl assurent la perméabilité des membranes cellulaires à diverses substances et la conduction des impulsions le long de la fibre nerveuse. Ca et P participent à la formation de la substance intercellulaire du tissu osseux, déterminant la solidité des os. De plus, le Ca est l’un des facteurs dont dépend la coagulation sanguine normale. Le fer fait partie de l’hémoglobine, une protéine présente dans les globules rouges et impliquée dans le transfert de l’oxygène des poumons vers les tissus. Enfin, le magnésium dans les cellules végétales est inclus dans la chlorophylle - le pigment qui détermine la photosynthèse, et chez les animaux, il fait partie des catalyseurs biologiques - des enzymes impliquées dans les transformations biochimiques.
Tous les autres éléments - troisième groupe(zinc, cuivre, iode, fluor, etc.) sont contenus dans la cellule en très petites quantités. Leur contribution totale à la masse cellulaire n'est que de 0,02 %. C'est pourquoi on les appelle microéléments. Cependant, cela ne signifie pas que le corps en a moins besoin que les autres éléments. Les microéléments sont également importants pour un organisme vivant, mais entrent dans sa composition en plus petites quantités. Le zinc, par exemple, fait partie de la molécule de l'hormone pancréatique - l'insuline, qui participe à la régulation du métabolisme des glucides, et l'iode est un composant nécessaire de la thyroxine - l'hormone thyroïdienne, qui régule le taux métabolique de l'organisme tout entier. un tout et sa croissance au cours du développement.
Tous les éléments chimiques répertoriés participent à la construction du corps sous forme d'ions ou dans le cadre de certains composés - molécules de substances inorganiques et organiques.
Substances inorganiques incluses danscomposition cellulaire
Eau. Le composé inorganique le plus répandu dans les organismes vivants est l’eau. Son contenu varie considérablement : dans les cellules de l'émail dentaire, il y a environ 10 % d'eau et dans les cellules d'un embryon en développement, plus de 90 %. En moyenne, dans un organisme multicellulaire, l’eau représente environ 80 % du poids corporel.
Le rôle de l’eau dans la cellule est très important. Ses fonctions sont largement déterminées par sa nature chimique. La nature dipolaire de la structure des molécules détermine la capacité de l'eau à interagir activement avec diverses substances. Ses molécules provoquent la dégradation d'un certain nombre de substances hydrosolubles en cations et anions. En conséquence, les ions entrent rapidement dans des réactions chimiques. La plupart des réactions chimiques impliquent des interactions entre des substances hydrosolubles.
Ainsi, la polarité des molécules et la capacité à former des liaisons hydrogène font de l'eau un bon solvant pour un grand nombre de substances inorganiques et organiques. De plus, en tant que solvant, l'eau assure à la fois l'afflux de substances dans la cellule et l'élimination des déchets, car la plupart des composés chimiques ne peuvent pénétrer dans la membrane cellulaire externe que sous forme dissoute.
Le rôle purement chimique de l’eau n’est pas moins important. Sous l'influence de certains catalyseurs - enzymes - il entre dans des réactions d'hydrolyse, c'est-à-dire des réactions dans lesquelles des groupes OH - ou H - eau sont ajoutés aux valences libres de diverses molécules. En conséquence, de nouvelles substances dotées de nouvelles propriétés sont formées.
L'eau est, dans une certaine mesure, un régulateur de chaleur ; En raison de la bonne conductivité thermique et de la capacité thermique élevée de l'eau, lorsque la température ambiante change, la température à l'intérieur de la cellule reste inchangée ou ses fluctuations sont nettement moindres que dans l'environnement entourant la cellule.
Sels minéraux. La plupart des substances inorganiques de la cellule se trouvent sous forme de sels, soit dissociées en ions, soit à l'état solide. Parmi les premiers, les cations K -, Na + Ca 2+ sont d'une grande importance, car ils confèrent une propriété aussi importante aux organismes vivants que l'irritabilité. Dans les tissus des animaux multicellulaires, le calcium fait partie du « ciment » intercellulaire qui détermine l'adhésion des cellules entre elles et leur disposition ordonnée dans les tissus. Les propriétés tampons de la cellule dépendent de la concentration de sels à l’intérieur de la cellule.
Tampon appeler la capacité d'une cellule à maintenir une réaction légèrement alcaline de son contenu à un niveau constant.
Les sels minéraux insolubles, par exemple le phosphate de calcium, font partie de la substance intercellulaire du tissu osseux, présente dans les coquilles des mollusques, assurant la solidité de ces formations.
Substances organiques qui composent la cellule
Les composés organiques représentent en moyenne 20 à 30 % de la masse cellulaire d'un organisme vivant. Ceux-ci comprennent des polymères biologiques - protéines, acides nucléiques et glucides, ainsi que des graisses et un certain nombre de petites molécules - hormones, pigments, ATP et bien d'autres. Différents types de cellules contiennent différentes quantités de composés organiques. Les glucides complexes - les polysaccharides - prédominent dans les cellules végétales ; chez les animaux, il y a plus de protéines et de graisses. Cependant, chacun des groupes de substances organiques dans tout type de cellule remplit des fonctions similaires.
Polymères biologiques - protéines. Parmi les substances organiques de la cellule, les protéines occupent la première place tant en quantité qu'en importance. Chez les animaux, ils représentent environ 50 % de la masse sèche de la cellule. Dans le corps humain, il existe 5 millions de types de molécules protéiques qui diffèrent non seulement les unes des autres, mais également des protéines d'autres organismes. Malgré une telle diversité et complexité de structure, ils sont constitués de seulement 20 acides aminés différents. Une combinaison de deux acides aminés en une seule molécule est appelée un dipeptide, trois acides aminés - un tripeptide, etc., et un composé constitué de 20 résidus d'acides aminés ou plus est appelé un polypeptide.
Les glucides, ou alors saccharides - substances organiques de formule générale C n (H 2 0) m. La plupart des glucides contiennent le même nombre de molécules d’eau que le nombre d’atomes de carbone. C'est pourquoi ces substances sont appelées glucides.
Dans une cellule animale, les glucides se trouvent en quantités ne dépassant pas 1 à 2, parfois 5 %. Les cellules végétales sont les plus riches en glucides, dont la teneur atteint dans certains cas 90 % du poids sec (tubercules de pomme de terre, graines, etc.). Les glucides sont simples et complexes.
Les glucides simples sont appelés monosaccharides. Selon le nombre d'atomes de carbone dans la molécule, les monosaccharides sont appelés trioses - 3 atomes, tétroses - 4, pentoses - 5 ou hexoses - 6 atomes de carbone. Parmi les monosaccharides à six carbones - les hexoses - les plus importants sont le glucose, le fructose et le galactose. Le glucose est contenu dans le sang (0,08-0,12%). Les pentoses - ribose et désoxyribose - font partie des acides nucléiques et de l'ATP.
Si deux monosaccharides sont combinés en une seule molécule, le composé est appelé disaccharide. Les disaccharides comprennent le sucre alimentaire - le saccharose, obtenu à partir de canne ou de betterave sucrière, constitué d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose, et le sucre du lait, formé de molécules de glucose et de galactose.
Les glucides complexes formés à partir de nombreux monosaccharides sont appelés polysaccharides. Les monomères des polysaccharides tels que l'amidon, le glycogène et la cellulose sont le glucose. En règle générale, les polysaccharides sont des polymères ramifiés.
Graisses (lipides) sont des composés d'acides gras de poids moléculaire élevé et d'alcool trihydrique glycérol. Les graisses ne se dissolvent pas dans l'eau, elles sont hydrophobes (du grec hydor - eau et phobos - peur). Les cellules contiennent toujours d’autres substances complexes hydrophobes ressemblant à de la graisse, appelées lipoïdes.
Le rôle des graisses est également important en tant que solvants des composés organiques hydrophobes nécessaires au déroulement normal des transformations biochimiques de l'organisme.
Biologiquement, les polymères sont des acides nucléiques. L'importance des acides nucléiques dans une cellule est très grande. Les particularités de leur structure chimique offrent la possibilité de stocker, de transférer et d'hériter aux cellules filles des informations sur la structure des molécules protéiques synthétisées dans chaque tissu à un certain stade du développement individuel.
Étant donné que la plupart des propriétés et caractéristiques sont déterminées par les protéines, il est clair que la stabilité des acides nucléiques est la condition la plus importante pour le fonctionnement normal des cellules et des organismes entiers. Tout changement dans la structure des acides nucléiques entraîne des changements dans la structure des cellules ou dans l'activité des processus physiologiques qui s'y trouvent, affectant ainsi leur viabilité.
L'étude de la structure des acides nucléiques, qui a été établie pour la première fois par le biologiste américain J. Watson et le physicien anglais F. Crick, est extrêmement importante pour comprendre l'héritage des traits dans les organismes et les modèles de fonctionnement des cellules individuelles et cellulaires. systèmes - tissus et organes.
Il existe deux types d'acides nucléiques : l'ADN et l'ARN.
Tous les systèmes vivants contiennent des éléments chimiques et des composés chimiques qui en sont issus, à la fois organiques et inorganiques, dans des proportions variables.
Sur la base de leur contenu quantitatif dans la cellule, tous les éléments chimiques sont divisés en 3 groupes : macro-, micro- et ultramicroéléments.
Les macroéléments représentent jusqu'à 99 % de la masse de la cellule, dont jusqu'à 98 % sont constitués de 4 éléments : l'oxygène, l'azote, l'hydrogène et le carbone. En plus petites quantités, les cellules contiennent du potassium, du sodium, du magnésium, du calcium, du soufre, du phosphore et du fer.
Les microéléments sont principalement des ions métalliques (cobalt, cuivre, zinc…) et halogènes (iode, brome…). Ils sont contenus en quantités allant de 0,001 % à 0,000001 %.
Ultramicroéléments. Leur concentration est inférieure à 0,000001 %. Il s'agit notamment de l'or, du mercure, du sélénium, etc.
Un composé chimique est une substance dans laquelle les atomes d'un ou plusieurs éléments chimiques sont reliés les uns aux autres par des liaisons chimiques. Les composés chimiques sont inorganiques et organiques. Les substances inorganiques comprennent l'eau et les sels minéraux. Les composés organiques sont des composés de carbone avec d'autres éléments.
Les principaux composés organiques de la cellule sont les protéines, les graisses, les glucides et les acides nucléiques.
Éléments chimiques et substances inorganiques de la cellule
La différence entre la nature vivante et inanimée se manifeste clairement dans leur composition chimique. Ainsi, la croûte terrestre est composée à 90 % d’oxygène, de silicium, d’aluminium et de sodium (O, Si, Al, Na), et dans les organismes vivants, environ 95 % est constituée de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote (C, H, O, N) . De plus, ce groupe de macroéléments comprend huit autres éléments chimiques : Na - sodium, Cl - chlore, S - soufre, Fe - fer, Mg - magnésium, P - phosphore, Ca - calcium, K - potassium, dont la teneur est calculé en dixièmes et centièmes de pour cent. Les microéléments également nécessaires à la vie se trouvent en quantités beaucoup plus faibles : Cu - cuivre, Mn - manganèse, Zn - zinc, Mo - molybdène, Co - cobalt, F - fluor, J - iode, etc.
Seuls 27 éléments (sur les 105 connus aujourd’hui) remplissent des fonctions spécifiques dans les organismes. Et comme nous l'avons déjà noté, seuls quatre - C, H, O, N - servent de base aux organismes vivants. C'est à partir d'eux que sont principalement constituées les substances organiques (protéines, acides nucléiques, glucides, graisses, etc.).
La première place parmi les macroéléments appartient au carbone. Il se caractérise par la capacité de former presque tous les types de liaisons chimiques. Le carbone, plus que les autres éléments, est capable de former de grosses molécules. Ses atomes peuvent se connecter les uns aux autres, formant des anneaux et des chaînes. Il en résulte des molécules complexes de grandes tailles, caractérisées par une énorme diversité (plus de 10 millions de substances organiques ont été décrites à ce jour). De plus, les atomes de carbone d’un même composé chimique présentent des propriétés à la fois oxydantes et réductrices.
Le carbone est la base de tous les composés organiques. La teneur élevée en oxygène et en hydrogène est associée à la présence de propriétés oxydantes et réductrices prononcées. Grâce à seulement trois éléments - C, H, O - il existe toute une variété de glucides (sucres), dont la formule généralisée ressemble à CnH2nOn (où n est le nombre d'atomes). A ces trois éléments s’ajoutent des atomes N et S dans les protéines, et des atomes N et P dans les acides nucléiques.
Tous les autres éléments mentionnés ci-dessus jouent également un rôle important dans les organismes vivants. Ainsi, les atomes de Mg font partie de la chlorophylle et les atomes de Fe font partie de l'hémoglobine. L'iode est contenu dans la molécule de thyroxine (hormone thyroïdienne) et le Zn est contenu dans la molécule d'insuline (hormone pancréatique). La présence d'ions Na et K est nécessaire à la conduction de l'influx nerveux et au transport à travers la membrane cellulaire. Les sels P et Ca sont présents en grande quantité dans les os et coquilles de mollusques, ce qui assure la grande résistance de ces formations.
Il convient de noter que la plus grande partie (jusqu'à 85 %) de la composition chimique des organismes vivants est de l'eau. Puisqu’il s’agit d’un solvant universel pour de nombreuses substances inorganiques et organiques, il s’avère être un milieu idéal pour réaliser diverses réactions chimiques. L'eau est impliquée dans diverses réactions biochimiques (par exemple lors de la photosynthèse). Il élimine les excès de sels et les déchets du corps. La capacité thermique élevée et la conductivité thermique relativement élevée inhérentes à l'eau sont essentielles à la thermorégulation des organismes (lorsque la sueur s'évapore, par exemple, la peau se refroidit).
Tous les systèmes vivants de la planète contiennent des éléments chimiques en volumes variables, ainsi que des composés chimiques organiques et inorganiques.
Structure chimique de la cellule
Selon la quantité d'un élément chimique particulier contenue dans une cellule, on distingue trois groupes d'éléments chimiques :
Macroéléments ;
Microéléments ;
Ultra microéléments.
98 % de la masse d'une cellule est constituée de quatre macroéléments : l'hydrogène, le carbone, l'azote et l'oxygène. Les macroéléments tels que le sodium, le magnésium, le potassium, le phosphore, le fer et le soufre sont présents en quantités beaucoup plus faibles dans la cellule.
Les microéléments forment des ions halogènes et métalliques (cuivre, cobalt, zinc, brome, iode). Les microéléments d'une cellule vivante sont contenus en très petites quantités (0,00001 %). Les ultra-microéléments comprennent le mercure, l'or et le sélénium (moins de 0,000001 % de la masse cellulaire).
Composés chimiques
Les composés chimiques sont des substances constituées d’atomes joints de deux ou plusieurs éléments chimiques. Les composés chimiques sont divisés en deux groupes :
Composés chimiques organiques (sels minéraux et eau) ;
Composés chimiques inorganiques (combinaison d'éléments chimiques avec du carbone).
Les principaux composés chimiques organiques comprennent les protéines, les glucides, les graisses et les acides nucléiques.
Concept et fonctions des protéines
Les protéines sont des substances organiques de haut poids moléculaire constituées de résidus d'acides alpha-aminés reliés par des liaisons peptidiques. Les protéines sont une substance très importante dans la vie humaine.
Fonctions des protéines :
Fonction de protection. Lorsqu’un virus pénètre dans l’organisme, la protéine commence à être synthétisée dans l’organisme, l’éliminant ainsi.
Fonction structurelle. En raison de la teneur en protéines d'un composant tel que le collagène, le processus de cicatrisation se produit dans le corps humain.
Moteur. Les protéines sont directement impliquées dans le processus de contraction des tissus musculaires.
Transport. Les atomes de protéines transportent l'oxygène et les nutriments vers les cellules.
Énergie. Lorsque les protéines se décomposent, elles libèrent l’énergie dont une personne a besoin pour vivre.
De plus, les protéines agissent également comme catalyseurs de toutes les réactions chimiques se produisant dans l’organisme.
Les glucides, leur rôle dans la vie
Glucides– des poly- et monomères organiques contenant de l’oxygène, de l’hydrogène et du carbone. La fonction principale des glucides est la fonction énergétique : la dégradation de 1 g de glucides libère 17 kJ d'énergie.
Les glucides sous forme de cellulose forment les parois de nombreuses espèces végétales. Grâce aux glucides, les organismes vivants stockent également des nutriments, qui sont stockés sous forme d'amidon.
Graisses
Les produits chimiques organiques comprennent également graisses. Les graisses sont divisées en deux groupes : complexes et simples. Les lipides simples sont constitués de résidus d'acides gras et de glycérol. Les graisses complexes sont la synthèse de lipides simples avec des glucides et des protéines.
Contenu des cellules chimiques. Les cellules des êtres vivants diffèrent considérablement de leur environnement non seulement par la structure des composés chimiques qui les composent, mais également par l'ensemble et la teneur en éléments chimiques. Parmi les éléments chimiques actuellement connus, environ 90 ont été trouvés dans la nature vivante. Selon la teneur de ces éléments dans les organismes des êtres vivants, ils peuvent être divisés en trois groupes :
1) macronutriments, c'est-à-dire les éléments contenus dans les cellules en quantités importantes (de quelques dizaines de pour cent à des centièmes de pour cent). Ce groupe comprend l'oxygène, le carbone, l'azote, le sodium, le calcium, le phosphore, le soufre, le potassium et le chlore. Ensemble, ces éléments représentent environ 99 % de la masse des cellules, dont 98 % proviennent des quatre premiers éléments (hydrogène, oxygène, carbone et azote).
2) microéléments, qui représentent moins d’un centième de pour cent de la masse. Ces éléments comprennent le fer, le zinc, le manganèse, le cobalt, le cuivre, le nickel, l'iode et le fluor. Au total, ils représentent environ 1 % de la masse cellulaire. Malgré le fait que le contenu de ces éléments dans la cellule soit faible, ils sont nécessaires à sa vie. En l'absence ou en faible teneur de ces éléments, diverses maladies surviennent. Un manque d’iode, par exemple, entraîne des maladies thyroïdiennes chez l’homme, et un manque de fer peut provoquer une anémie.
3) ultramicroéléments, dont le contenu dans la cellule est extrêmement faible (moins de 10 à 12 %). Ce groupe comprend le brome, l'or, le sélénium, l'argent, le vanadium et bien d'autres éléments. La plupart de ces éléments sont également nécessaires au fonctionnement normal des organismes. Par exemple, une carence en sélénium conduit au cancer et une carence en bore provoque des maladies chez les plantes. Certains éléments de ce groupe, comme les microéléments, font partie des enzymes.
Contrairement aux organismes vivants, les éléments les plus courants dans la croûte terrestre sont l'oxygène, le silicium, l'aluminium et le sodium. La teneur en carbone, hydrogène et azote de la matière vivante étant plus élevée que celle de la croûte terrestre, on peut conclure que les molécules qui contiennent ces éléments sont nécessaires à la mise en œuvre des processus qui assurent la vie.
Les quatre éléments les plus courants dans la matière vivante ont une chose en commun : ils forment facilement des liaisons covalentes en appariant des électrons. Afin de former des liaisons électroniques stables, l'atome d'hydrogène sur la couche électronique externe manque d'un électron, l'atome d'oxygène de deux, l'atome d'azote de trois et le carbone de quatre électrons. Ces éléments peuvent facilement réagir les uns avec les autres, remplissant les couches électroniques externes. De plus, trois éléments : l'azote, l'oxygène et le carbone sont capables de former à la fois des liaisons simples et doubles, ce qui augmente considérablement le nombre de composés chimiques construits à partir de ces éléments.
Le carbone, l'hydrogène et l'oxygène se sont révélés adaptés à la formation de matière vivante également parce qu'ils sont les plus légers parmi les éléments qui forment des liaisons covalentes. D'un point de vue biologique, la capacité d'un atome de carbone à former des liaisons covalentes avec quatre autres atomes de carbone à la fois est également très importante. Ainsi, les atomes de carbone liés de manière covalente sont capables de former la structure d’un grand nombre de molécules organiques différentes.
Et d'autres substances inorganiques, leur rôle dans la vie des cellules. La plupart des composés chimiques qui composent une cellule sont caractéristiques uniquement des organismes vivants. Cependant, la cellule contient un certain nombre de substances que l’on retrouve également dans la nature inanimée. Il s'agit principalement d'eau, qui représente en moyenne environ 80 % de la masse cellulaire (sa teneur peut varier selon le type de cellule et son âge), ainsi que de quelques sels.
L'eau est une substance extrêmement inhabituelle en termes physiques et chimiques, dont les propriétés diffèrent considérablement de celles des autres solvants. Les premières cellules sont apparues dans l’océan primordial et, au cours de leur développement ultérieur, ont appris à utiliser ces propriétés uniques de l’eau.
Par rapport à d'autres liquides, l'eau se caractérise par un point d'ébullition, un point de fusion, une capacité thermique spécifique inhabituellement élevés, ainsi qu'une chaleur d'évaporation, de fusion, une conductivité thermique et une tension superficielle élevées. Cela est dû au fait que les molécules d’eau sont plus étroitement liées les unes aux autres que les molécules d’autres solvants.
La capacité thermique élevée de l'eau (la capacité d'absorber la chaleur avec un léger changement de sa propre température) protège la cellule des fluctuations brusques de température, et la propriété de l'eau, telle que la chaleur élevée d'évaporation, est utilisée par les organismes vivants pour protéger contre la surchauffe : l'évaporation du liquide par les plantes et les animaux est une réaction protectrice face à la hausse des températures. La présence d'une conductivité thermique élevée dans l'eau permet de répartir la chaleur uniformément entre les différentes parties du corps. L'eau est pratiquement incompressible, grâce à quoi les cellules conservent leur forme et se caractérisent par leur élasticité.
Les propriétés uniques de l'eau sont déterminées par les caractéristiques structurelles de sa molécule, qui résultent de la disposition spécifique des électrons dans les atomes d'oxygène et d'hydrogène qui composent la molécule. L'atome d'oxygène, qui a deux électrons sur son orbite électronique externe, les combine avec deux électrons d'atomes d'hydrogène (chaque atome d'hydrogène a un électron sur son orbite électronique externe). En conséquence, deux liaisons covalentes se forment entre un atome d’oxygène et deux atomes d’hydrogène. Cependant, l’atome d’oxygène le plus négatif a tendance à attirer les électrons vers lui. En conséquence, chacun des atomes d’hydrogène acquiert une petite charge positive et l’atome d’oxygène porte une charge négative. L’atome d’oxygène chargé négativement d’une molécule d’eau est attiré vers l’atome d’hydrogène chargé positivement d’une autre molécule, entraînant la formation d’une liaison hydrogène. Ainsi, les molécules d’eau se connectent les unes aux autres.
Une propriété importante d'une liaison hydrogène est sa résistance inférieure à celle d'une liaison covalente (elle est environ 20 fois plus faible). Par conséquent, les liaisons hydrogène sont relativement faciles à former et à rompre. Cependant, même à 100°, il existe encore une forte interaction entre les molécules d’eau. La présence de liaisons hydrogène entre les molécules d’eau lui confère une certaine structure, ce qui explique ses propriétés inhabituelles telles qu’un point d’ébullition élevé, une fusion et une capacité thermique élevée.
Une autre propriété caractéristique d’une molécule d’eau est son dipôle. Comme mentionné ci-dessus, les atomes d’hydrogène d’une molécule d’eau portent une petite charge positive et les atomes d’oxygène portent une charge négative. Cependant, l’angle de liaison H-O-H est de 104,5°, donc dans une molécule d’eau la charge négative est concentrée d’un côté et la charge positive de l’autre. Le dipôle d'une molécule d'eau caractérise sa capacité à naviguer dans un champ électrique. C'est cette propriété de l'eau qui détermine son caractère unique en tant que solvant : si les molécules de substances contiennent des groupes d'atomes chargés, elles entrent en interactions électrostatiques avec les molécules d'eau et ces substances s'y dissolvent. Ces substances sont dites hydrophiles. Les cellules contiennent un grand nombre de composés hydrophiles : ce sont des sels, des composés organiques de faible poids moléculaire, des glucides et des acides nucléiques. Cependant, il existe un certain nombre de substances qui ne contiennent pratiquement aucun atome chargé et ne se dissolvent pas dans l'eau. Ces composés comprennent notamment les lipides (graisses). Ces substances sont dites hydrophobes. Les substances hydrophobes n'interagissent pas avec l'eau, mais interagissent bien entre elles. Les lipides, qui sont des composés hydrophobes, forment des structures bidimensionnelles (membranes) presque imperméables à l'eau.
En raison de sa polarité, l’eau dissout plus de produits chimiques que tout autre solvant. C'est dans l'environnement aqueux de la cellule, où diverses substances chimiques sont dissoutes, que se produisent de nombreuses réactions chimiques, sans lesquelles l'activité vitale est impossible. L'eau dissout également les produits de réaction et les élimine des cellules et des organismes multicellulaires. En raison du mouvement de l'eau dans les organismes animaux et végétaux, diverses substances sont échangées entre les tissus.
L’une des propriétés importantes de l’eau en tant que composé chimique est qu’elle participe à de nombreuses réactions chimiques se produisant dans la cellule. Ces réactions sont appelées réactions d'hydrolyse. À leur tour, les molécules d’eau se forment à la suite de nombreuses réactions se produisant dans les organismes vivants.
La masse d'un atome d'hydrogène est très petite ; son seul électron dans une molécule d'eau est détenu par un atome d'oxygène. En conséquence, le noyau d'un atome d'hydrogène (proton) est capable de se détacher d'une molécule d'eau, entraînant la formation d'un ion hydroxyle (OH -) et d'un proton (H +).
H2O<=>H + + OH -
Ce processus est appelé dissociation de l'eau. Les ions hydroxyle et hydrogène formés lors de la dissociation de l'eau participent également à de nombreuses réactions importantes se produisant dans le corps.
En plus de l'eau, les substances dissoutes dans celle-ci jouent un rôle important dans la vie cellulaire, qui sont représentés par des cations de potassium, de sodium, de magnésium, de calcium et autres, ainsi que par des anions chlorhydriques, sulfuriques, carboniques et phosphoriques. acides.
De nombreux cations sont caractérisés par une répartition inégale entre la cellule et son environnement : par exemple, dans le cytoplasme de la cellule la concentration de K+ est plus élevée, et la concentration de Na + et Ca 2+ est plus faible que dans l'environnement entourant la cellule. . À l'extérieur de la cellule peuvent se trouver soit l'environnement naturel (par exemple, l'océan), soit des fluides corporels (le sang), dont la composition ionique est proche de celle de l'eau de mer. La répartition inégale des cations entre la cellule et l'environnement est maintenue tout au long de la vie ; la cellule y consacre une partie importante de l'énergie qu'elle génère. La répartition inégale des ions entre la cellule et l'environnement est nécessaire à la mise en œuvre de nombreux processus importants pour la vie, en particulier pour la conduction de l'excitation à travers les cellules nerveuses et musculaires et la contraction musculaire. Après la mort cellulaire, la concentration de cations à l’extérieur et à l’intérieur de la cellule s’équilibre rapidement.
Les anions d'acides faibles contenus dans la cellule (HC0 3 -, HPO 4 2-) jouent un rôle important dans le maintien d'une concentration constante d'ions hydrogène (pH) à l'intérieur de la cellule. Bien que des alcalis et des acides se forment au cours de la vie d'une cellule, la réaction dans la cellule est normalement presque neutre. Cela est dû au fait que les anions des acides faibles peuvent se lier aux protons des acides et aux ions hydroxyles des alcalis, neutralisant ainsi l'environnement intracellulaire. De plus, les anions d'acides faibles entrent dans les réactions chimiques réalisées dans la cellule : en particulier, les anions de l'acide phosphorique sont nécessaires à la synthèse d'un composé aussi important pour la cellule que l'ATP.
Les substances inorganiques se trouvent dans les organismes vivants non seulement à l’état dissous mais également à l’état solide. Par exemple, les os sont formés principalement de phosphate de calcium (le phosphate de magnésium est également présent en plus petites quantités) et les coquilles sont formées de carbonate de calcium.
Substances organiques de la cellule. Biopolymères
Les organismes vivants contiennent une grande variété de composés que l'on ne trouve pratiquement jamais dans la nature inanimée et que l'on appelle composés organiques. Les structures moléculaires de ces composés sont construites à partir d’atomes de carbone. Parmi les composés organiques, on distingue les substances de faible poids moléculaire (acides organiques, leurs esters, acides aminés, acides gras libres, bases azotées, etc.). Cependant, la majeure partie de la matière sèche de la cellule est représentée par des composés de haut poids moléculaire, qui sont des polymères. Les polymères sont des composés formés d'unités répétitives de faible poids moléculaire (monomères) liées séquentiellement les unes aux autres par une liaison covalente et formant une longue chaîne, qui peut être droite ou ramifiée. Parmi les polymères, on distingue les homopolymères, constitués de monomères identiques. Si nous désignons un monomère par un symbole, par exemple la lettre X, alors la structure de l'homopolymère peut être classiquement représentée comme suit : -Х-Х-…-Х-Х. Les hétéropolymères comprennent des monomères de structures différentes. Si les monomères qui composent l'hétéropolymère sont désignés par X et Y, alors la structure de l'hétéropolymère peut être représentée, par exemple, sous la forme XXUUKH... XXUUKH. Les biopolymères (c'est-à-dire les polymères présents dans la nature) comprennent les protéines, les acides nucléiques et les glucides.
Écureuils
Structure des protéines. Parmi les composés organiques présents dans la cellule, les principaux sont les protéines : elles représentent au moins 50 % de la matière sèche. Toutes les protéines contiennent du carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène et de l'azote. De plus, presque tous contiennent du soufre. Certaines protéines contiennent également du phosphore, du fer, du magnésium, du zinc, du cuivre et du manganèse. Ainsi, le fer fait partie de la protéine hémoglobine présente dans les globules rouges de nombreux animaux, et le magnésium se trouve dans le pigment chlorophylle, nécessaire à la photosynthèse.
Une caractéristique des protéines est leur poids moléculaire élevé : il varie de plusieurs milliers à des centaines de milliers, voire des millions de kilodaltons. Le monomère, c'est-à-dire l'unité structurelle de toute protéine, est constitué d'acides aminés, caractérisés par une structure similaire, mais pas exactement la même.
Comme le montre la formule présentée, la molécule d’acide aminé se compose de deux parties. La partie encerclée est la même pour tous les acides aminés. Il contient un groupe amino (-NH 2) attaché à un atome de carbone, suivi d'un groupe carboxyle (-COOH). La deuxième partie de la molécule d’acide aminé, représentée dans la formule par la lettre latine R, est appelée chaîne latérale ou radical. Il a une structure différente pour différents acides aminés. Les protéines contiennent 20 acides aminés différents comme éléments structurels (monomères), de sorte qu'elles peuvent contenir 20 chaînes latérales structurellement différentes. Les radicaux latéraux peuvent être chargés négativement ou positivement, contenir des cycles aromatiques et des structures hétérocycliques, des groupes hydrophobes, des groupes hydroxyle (-OH) ou des atomes de soufre.
Dans les molécules de protéines, les molécules d’acides aminés successives sont liées les unes aux autres de manière covalente, formant de longues chaînes polymères non ramifiées. Les acides aminés de la chaîne sont disposés de telle manière que le groupe amino d’un acide aminé interagit avec le groupe carboxyle d’un autre. Lorsque ces deux groupes interagissent, une molécule d’eau est libérée et une liaison peptidique se forme. Le composé résultant s’appelle un peptide. Si un peptide est constitué de deux acides aminés, on l’appelle dipeptide ; s’il en est composé de trois, on l’appelle un tripeptide. Les molécules de protéines peuvent contenir des centaines, voire des milliers de résidus d'acides aminés. Les protéines sont donc des polypeptides. Il convient de noter que les molécules de protéines ne sont pas des polymères construits au hasard de longueurs variables - chaque molécule de protéine est caractérisée par une séquence spécifique d'acides aminés, qui est déterminée par la structure du gène codant pour la protéine.
La séquence des résidus d'acides aminés dans une molécule protéique détermine sa structure primaire, c'est-à-dire sa formule. Tout comme l'alphabet, qui contient 33 lettres, permet de créer un grand nombre de mots, à l'aide de 20 acides aminés, on peut créer un nombre presque illimité de protéines, différant à la fois par le nombre d'acides aminés qu'elles contiennent et par leur séquence. Le nombre total de protéines différentes présentes dans tous les types d'organismes vivants est de l'ordre de 10 10 -10 12 . La tâche la plus importante de la biologie moderne est de déterminer la structure primaire des protéines, ainsi que d'établir la relation entre la structure primaire et l'activité fonctionnelle des protéines. Puisque la séquence d'acides aminés est déterminée par la structure du gène, la structure primaire des protéines est actuellement déterminée en déterminant la séquence de nucléotides dans le gène correspondant, à l'aide de méthodes de génie génétique.
Une molécule protéique dans son état natif (non endommagé) possède une structure spatiale ou conformation caractéristique. Elle est déterminée par la façon dont la chaîne polypeptidique d’une protéine se replie en solution. Le plus souvent, des sections individuelles de la chaîne polypeptidique se replient en une hélice (hélice α) ou forment des structures en zigzag situées de manière antiparallèle - ce qu'on appelle la couche pliée, ou structure β. La formation de l'hélice α et de la structure β conduit à la formation de la structure secondaire de la protéine. Dans ce cas, les chaînes latérales des acides aminés sont situées à l’extérieur de la structure en hélice ou en zigzag. La structure hélicoïdale est stabilisée par des liaisons hydrogène qui se forment entre les groupes NH situés sur un tour et les groupes CO situés sur l'autre tour de l'hélice. Ces liaisons hydrogène sont parallèles à l’axe de l’hélice.
La structure de type couche pliée est également stabilisée par des liaisons hydrogène qui se forment entre des couches parallèles. Bien que les liaisons hydrogène soient plus faibles que les liaisons covalentes, leur présence en quantités importantes rend les structures telles qu’une couche d’hélice α ou de feuille β assez solides.
Les régions et structures hélicoïdales telles que la couche repliée subissent un conditionnement supplémentaire, entraînant la formation de la structure tertiaire de la protéine. À ce stade, les protéines solubles forment généralement une structure globulaire en forme de bobine, dans laquelle des résidus d’acides aminés chargés se trouvent à la surface et des résidus d’acides aminés hydrophobes à l’intérieur de la bobine. Dans ce cas, les résidus d'acides aminés éloignés les uns des autres dans la chaîne polypeptidique se rejoignent souvent. Chaque protéine est caractérisée par sa propre méthode d'empaquetage, qui est définie au niveau de la structure primaire de la protéine, c'est-à-dire qu'elle dépend de l'ordre des acides aminés dans la chaîne polypeptidique.
De nombreuses protéines sont constituées de plusieurs chaînes polypeptidiques de structures identiques ou différentes. Lorsque de telles chaînes se combinent, une protéine complexe se forme, caractérisée par une structure quaternaire. Ces protéines sont appelées oligomères et les chaînes polypeptidiques individuelles incluses dans l'oligomère sont appelées monomères.
La plupart des molécules protéiques sont capables de maintenir leur activité biologique, c'est-à-dire leur capacité à remplir leur fonction inhérente uniquement dans une plage étroite de températures et d'acidité de l'environnement. Lorsque la température augmente ou que l'acidité atteint des valeurs extrêmes, des changements se produisent dans la structure des protéines, appelés dénaturation. Un exemple de dénaturation est la coagulation des blancs d’œufs qui se produit lors de l’ébullition. Lors de la dénaturation, les liaisons covalentes ne sont pas rompues, mais la structure quaternaire, tertiaire et secondaire caractéristique d'une protéine donnée est détruite, de sorte que, dans un état dénaturé, les chaînes polypeptidiques des protéines forment des bobines et des boucles aléatoires et désordonnées.
Fonctions des protéines. Les protéines se caractérisent par une grande diversité de fonctions. Le groupe de protéines le plus grand et le plus important sur le plan biologique est celui des protéines enzymatiques, qui sont des catalyseurs qui accélèrent l'apparition de diverses réactions chimiques.
Le deuxième plus grand groupe de protéines est représenté par les protéines qui sont les éléments structurels de la cellule. Il s'agit par exemple de la protéine fibrillaire collagène, la principale protéine structurelle qui fait partie du tissu conjonctif et osseux. D'autres types de protéines sont des composants des systèmes contractile et moteur. Il s’agit par exemple de l’actine et de la myosine, deux éléments principaux du système contractile des muscles. Le cytosquelette de la cellule est formé de protéines structurelles, qui sont des faisceaux de protéines fibrillaires qui relient divers organites de la cellule entre eux et avec la membrane plasmique de la cellule.
Certaines protéines remplissent une fonction de transport ; elles sont capables de lier et de transporter diverses substances dans la circulation sanguine. La plus connue de ces protéines est l’hémoglobine, présente dans les globules rouges des vertébrés et qui, en se liant à l’oxygène, la transporte des poumons vers les tissus. Les lipoprotéines sériques transportent les lipides complexes dans la circulation sanguine et l'albumine sérique transporte les acides gras libres.
Les protéines de transport comprennent également des protéines intégrées dans les membranes biologiques et effectuant le transfert de diverses substances à travers ces membranes. Dans des conditions normales, la membrane cellulaire est faiblement perméable à des substances telles que K +, Na +, Ca 2+, puisque les pores formés par les protéines canal sont fermés. Cependant, certaines influences, telles que des impulsions électriques ou des substances biologiquement actives qui se lient aux canaux, ouvrent les pores, ce qui fait que l'ion qui peut pénétrer à travers ce canal se déplace d'un côté à l'autre de la membrane dans le sens de diminution de la concentration. Le mouvement des ions dans la direction opposée s'effectue avec la dépense d'énergie par d'autres protéines de transport membranaire appelées pompes ioniques.
Dans les cellules spécialisées des plantes et des animaux, la synthèse de régulateurs ou d'hormones spéciales est réalisée, dont certains (mais pas tous) sont des protéines qui régulent divers processus physiologiques. La plus célèbre d’entre elles est peut-être l’insuline, une hormone produite dans le pancréas qui régule les niveaux de glucose dans les cellules de l’organisme. Lorsqu’il y a un manque d’insuline dans le corps, une maladie connue sous le nom de diabète sucré survient.
De plus, les protéines sont capables de remplir une fonction protectrice. Lorsque des virus, des bactéries, des protéines étrangères ou d'autres polymères pénètrent dans le corps des animaux ou des humains, le corps synthétise des protéines protectrices spéciales appelées anticorps ou immunoglobulines. Ces protéines se lient à des polymères étrangers. La liaison des anticorps aux protéines de virus ou de bactéries supprime leur activité fonctionnelle et arrête le développement de l'infection. Les anticorps ont une propriété unique : ils sont capables de distinguer les protéines étrangères des propres protéines de l’organisme. Ce mécanisme de protection de l’organisme contre les agents pathogènes est appelé immunité. L'immunité contre les maladies infectieuses peut être créée en injectant de très petites quantités de certains biopolymères qui font partie des micro-organismes ou des virus responsables de la maladie. Dans ce cas, des anticorps se forment, qui sont ensuite capables de protéger le corps s'il est infecté par ce micro-organisme ou ce virus. Pour assurer leur protection, de nombreux êtres vivants sécrètent des protéines appelées toxines, qui sont dans la plupart des cas des poisons puissants.
En cas de manque de nutrition chez les animaux, la dégradation des protéines en leurs acides aminés constitutifs augmente fortement ; ces derniers, après transformations appropriées, peuvent être utilisés comme source d'énergie (fonction énergétique des protéines).
Certaines bactéries et toutes les plantes sont capables de synthétiser les 20 acides aminés qui composent les protéines. Cependant, au cours du processus d'évolution, les animaux ont perdu la capacité de synthétiser 10 acides aminés particulièrement complexes, qu'ils doivent obtenir à partir d'aliments végétaux et animaux. Ces acides aminés sont dits essentiels. Ils font partie des protéines végétales et animales obtenues à partir des aliments, qui sont décomposées en acides aminés dans le tube digestif. Dans les cellules, ces acides aminés sont utilisés pour construire leurs propres protéines caractéristiques d'un organisme donné. Le manque d'acides aminés essentiels dans les aliments provoque de graves troubles métaboliques.
Et leur rôle dans le processus de la vie. À la température et à l’acidité de l’environnement caractéristiques d’une cellule, la vitesse de la plupart des réactions chimiques est faible. Cependant, en réalité, les réactions dans une cellule se produisent à une vitesse très élevée. Ceci est obtenu grâce à la présence dans la cellule de catalyseurs spéciaux - des enzymes, qui augmentent considérablement la vitesse des réactions chimiques. Les enzymes constituent la classe de protéines la plus vaste et la plus spécialisée. Ce sont des enzymes qui assurent la survenue de nombreuses réactions dans la cellule qui constituent le métabolisme cellulaire. Actuellement, plus d’un millier d’enzymes sont connues. Leur efficacité catalytique est exceptionnellement élevée : ils sont capables d'accélérer les réactions des millions de fois.
L'activité catalytique d'une enzyme n'est pas déterminée par la totalité de sa molécule, mais par une certaine partie de la molécule de l'enzyme, appelée son centre actif. On sait que la catalyse chimique est le plus souvent réalisée en raison de la formation d'un complexe d'une substance (substrat) transformée lors de la réaction avec un catalyseur. Et lors de la réaction enzymatique, le substrat interagit avec l'enzyme et la liaison du substrat se produit précisément dans le centre actif. Les enzymes se caractérisent par une correspondance spatiale entre le substrat et le centre actif ; elles s’emboîtent « comme la clé d’une serrure ». Ainsi, les enzymes sont caractérisées par une spécificité de substrat, de sorte que chaque enzyme assure la survenue d'une ou plusieurs réactions du même type.
La liaison d'un substrat à une enzyme (formation d'un complexe enzyme-substrat) s'accompagne d'une redistribution de l'énergie électronique entourant la substance (substrat) convertie lors de la réaction en raison de l'interaction avec les acides aminés de l'enzyme, qui participent à la formation du centre actif. En conséquence, les liaisons individuelles entre les atomes de la molécule de substrat sont affaiblies et détruites beaucoup plus facilement qu’en solution. Dans d'autres cas (réactions dans lesquelles une liaison se forme), deux molécules de substrat sont si rapprochées dans le centre actif de l'enzyme qu'une liaison se forme facilement entre elles. Lorsqu’une enzyme est dénaturée, son activité catalytique disparaît car la structure du centre actif est perturbée.
De nombreuses enzymes contiennent ce qu'on appelle des cofacteurs - des composés organiques ou inorganiques de faible poids moléculaire capables d'effectuer certains types de réactions. Les cofacteurs comprennent par exemple le dinucléotide NAD (nicotinamide adénine dinucléotide), qui assure la déshydrogénation de divers substrats. Ses fonctions seront abordées en détail dans la section « Bourse d'énergie ». On connaît également un grand nombre d'enzymes qui contiennent des métaux (fer, cuivre, cobalt, manganèse), qui participent également à la transformation des substrats au cours du processus d'acte catalytique.
Acides nucléiques
Une autre classe importante de biopolymères sont les acides nucléiques, qui sont des porteurs génétiques et participent également au processus de synthèse des protéines. Deux types d'acides nucléiques ont été trouvés dans la nature vivante, à savoir : acide désoxyribonucléique(ADN abrégé) et acide ribonucléique(ARN). L'ADN et l'ARN se trouvent chez tous les procaryotes et eucaryotes, à l'exception des virus, dont certains ne contiennent que de l'ARN, tandis que d'autres ne contiennent que de l'ADN. L'ADN et l'ARN sont constitués de monomères appelés mononucléotides. Les mononucléotides qui composent l’ADN et l’ARN ont une structure similaire, mais pas la même. Les mononucléotides sont constitués de trois composants principaux : 1) base azotée, 2) sucres pentoses et 3) acide phosphorique.
Les mononucléotides qui composent l'ADN contiennent le sucre désoxyribose à cinq carbones et l'une des quatre bases azotées : adénine, guanine, cytosine Et thymine(en abrégé A, G, C et T).
Les mononucléotides qui composent l'ARN contiennent un saccharibose à cinq carbones, ainsi que l'une des quatre bases : adénine, guanine, cytosine Et uracile(en abrégé A, G, C et U).
Acide désoxyribonucléique (ADN). L'ADN est porteur de l'information génétique et se concentre dans la cellule principalement dans le noyau, où il est le composant principal des chromosomes (chez les eucaryotes, l'ADN se trouve également dans les mitochondries et les chloroplastes). L'ADN est un polymère constitué de mononucléotides liés de manière covalente, qui comprennent le désoxyribose et quatre bases azotées (adénine, guanine, cytosine et thymine). Le nombre de mononucléotides qui composent l'ADN est très important : dans les cellules procaryotes contenant un seul chromosome, tout l'ADN est présent sous la forme d'une macromolécule d'un poids moléculaire supérieur à 2 * 10 9 .
La structure de la molécule d'ADN a été déchiffrée par Watson et Crick en 1953. La molécule d'ADN est constituée de deux brins situés parallèlement l'un à l'autre et formant une hélice droite. La largeur de l'hélice est d'environ 2 nm, tandis que la longueur peut atteindre des centaines de milliers de nanomètres. Les mononucléotides qui font partie d'une chaîne sont connectés séquentiellement en raison de la formation de liaisons covalentes entre le désoxyribose de l'un et l'acide phosphorique d'un autre mononucléotide. Les bases azotées, situées d'un côté du squelette résultant d'un brin d'ADN, forment des liaisons hydrogène avec les bases azotées du deuxième brin. Ainsi, dans une molécule d’ADN double brin hélicoïdale, les bases azotées sont situées à l’intérieur de l’hélice. La structure de l'hélice est telle que les chaînes polynucléotidiques entrant dans sa composition ne peuvent être séparées qu'après déroulement de l'hélice.
La molécule d'ADN est structurée de telle manière que le nombre de bases azotées d'un type (adénine et guanine) entrant dans sa composition est égal au nombre de bases azotées d'un autre type (thymine et cytosine), c'est-à-dire A+G. =T+C. Cela est dû à la taille des bases azotées : la longueur de la structure formée lors de la formation d'une liaison hydrogène entre les paires adénine-thymine et guanine-cytosine est d'environ 11 A. Les tailles de ces paires correspondent à la taille de l'intérieur partie de l'hélice d'ADN. La paire A-G serait trop grande et C-T trop petite pour former une spirale. Ainsi, la base azotée située dans un brin d’ADN détermine la base située au même endroit dans l’autre brin. La stricte correspondance des nucléotides situés parallèlement les uns aux autres dans les chaînes appariées d'une molécule d'ADN est appelée complémentarité. C'est grâce à cette propriété de la molécule d'ADN qu'une reproduction (réplication) précise de l'information génétique est possible. Dans une cellule, la réplication de l'ADN (auto-duplication) se produit à la suite de la rupture des liaisons hydrogène entre les bases azotées des chaînes d'ADN voisines et de la synthèse ultérieure de deux nouvelles molécules d'ADN (filles) en utilisant les chaînes parentales comme modèle. De telles réactions étaient appelées réactions de synthèse matricielle.
Acide ribonucléique. L'ARN est un polymère constitué de mononucléotides liés de manière covalente, qui comprennent le ribose et quatre bases azotées (adénine, guanine, cytosine et uracile). Il existe trois types différents d'acides ribonucléiques dans les cellules : l'ARN messager (ARNm), l'ARN de transfert (ARNt) et l'ARN ribosomal (ARNr). Les trois types de molécules d’ARN sont simple brin. Et ils ont tous un poids moléculaire nettement inférieur à celui des molécules d’ADN. Dans la plupart des cellules, la teneur en ARN est plusieurs fois (5 à 10) supérieure à la teneur en ADN. Les trois types d’ARN sont nécessaires pour assurer la synthèse des protéines dans la cellule.
ARN messager. L'ARN messager est synthétisé dans le noyau au cours du processus de transcription, au cours duquel la synthèse d'une matrice d'une molécule d'ARN est assurée sur l'un des brins d'ADN. Une molécule d'ARNm se compose d'environ 300 à 30 000 nucléotides et constitue une structure complémentaire à une section spécifique d'une molécule d'ADN simple brin (gène). Après la synthèse, l'ARNm se déplace dans le cytoplasme, où il s'attache aux ribosomes et est utilisé comme modèle qui détermine la séquence d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique en croissance. Ainsi, la séquence de nucléotides dans la chaîne d'ADN, puis l'ARNm synthétisé en l'utilisant comme matrice, déterminent la séquence d'acides aminés dans la protéine synthétisée. Chacune des milliers de protéines synthétisées par une cellule est codée par un ARNm spécifique.
Transférer l'ARN. La fonction de l'ARNt est de transporter certains acides aminés vers la chaîne polypeptidique nouvellement synthétisée lors de la synthèse protéique réalisée sur les ribosomes. Le poids moléculaire de l'ARNt est faible : les molécules contiennent de 75 à 90 mononucléotides.
ARN ribosomal. L'ARN ribosomal fait partie des ribosomes, les organites qui effectuent la synthèse des protéines. Les molécules d'ARNr sont constituées de 3 à 5 000 mononucléotides.
Glucides
Les glucides, ou saccharides, sont des composés de formule générale (CH 2 O) n, qui sont des alcools aldéhydiques ou des alcools céto. Les glucides sont divisés en mono-, di- et polysaccharides.
Les monosaccharides, ou sucres simples, sont le plus souvent constitués d'un fil (pentose) ou de six (hexose) atomes de carbone et ont des co-(généralement les formules (CH 2 O) 5 et (CH 2 O) 6.
Le sucre simple le plus courant est le sucre à six carbones, le glucose, qui est le monomère parent à partir duquel de nombreux polysaccharides sont construits. Le glucose est également la principale source d’énergie de la cellule. Les pentoses (ribose et désoxyribose) font partie des acides nucléiques et de l'ATP.
Une molécule de disaccharide combine deux sucres simples. Les représentants les plus célèbres des disaccharides sont le saccharose, ou sucre de table, dont la molécule est constituée de molécules de glucose et de fructose.
Les molécules de polysaccharides sont de longues chaînes constituées de nombreuses unités monosaccharides, et les chaînes peuvent être linéaires ou ramifiées. La plupart des polysaccharides contiennent des unités répétitives du même type ou de deux types alternés comme monomères, ils ne peuvent donc pas servir de biopolymères informationnels.
La nature vivante contient une énorme quantité de glucides. Cela est principalement dû à la présence répandue de deux polysaccharides : l'amidon et la cellulose. L'amidon se trouve en grande quantité dans les plantes. C'est la forme de polysaccharide dans laquelle le carburant est stocké. La cellulose est le composant principal des tissus végétaux fibreux et lignifiés extracellulaires. Dans le tube digestif des animaux, il n'existe aucune enzyme capable de décomposer la cellulose en monomères. Cependant, ces enzymes sont présentes dans les bactéries qui vivent dans le tube digestif de certains animaux, ce qui leur permet d'utiliser la cellulose comme aliment.
Les polysaccharides font partie des parois dures des cellules végétales et bactériennes ; ils font également partie des membranes plus molles des cellules animales. Ainsi, les glucides remplissent deux fonctions principales dans la cellule : l’énergie et la construction.
Lipides
Les lipides sont des composés organiques insolubles dans l'eau présents dans les cellules. Ces substances peuvent être extraites (dissoutes) avec des solvants non polaires tels que le chloroforme, le benzène ou l'éther. Plusieurs classes de lipides sont connues, mais la fonction la plus importante dans l'organisme est apparemment assurée par les phospholipides, qui sont des esters du trialcool glycérol et de l'acide phosphorique. Lorsqu'une molécule de phospholipide est formée, deux groupes hydroxyle du glycérol interagissent avec des acides gras de haut poids moléculaire contenant 16 à 18 atomes de carbone, et un groupe hydroxyle interagit avec l'acide phosphorique. Toutes les molécules de phospholipides contiennent une tête polaire et une queue non polaire formée par deux molécules d'acide gras. À l’interface huile-eau, les molécules de phospholipides sont orientées de telle sorte que leurs têtes polaires sont immergées dans l’eau et leurs queues hydrophobes sont immergées dans le pétrole. Les phospholipides se répartissent à la surface de l'eau sous forme d'une monocouche, dans laquelle les queues d'acides gras sont orientées vers l'air relativement hydrophobe, et les têtes chargées sont dirigées vers le milieu aquatique.
Les molécules de phospholipides sont capables de former des structures bidimensionnelles, appelées bicouches : la bicouche est formée de deux monocouches de phospholipides, orientées l'une par rapport à l'autre de manière à ce que les queues hydrophobes des phospholipides soient situées à l'intérieur de la bicouche, et les têtes polaires soient dirigé vers l’extérieur. Cette bicouche se caractérise par une très haute résistance électrique. Ce sont les bicouches constituées de phospholipides qui constituent le composant le plus important des membranes biologiques. Les membranes biologiques sont des films naturels de 5 à 7 nm d'épaisseur, formés d'une bicouche phospholipidique contenant des molécules protéiques. Ainsi, les lipides remplissent une fonction de construction dans la cellule.
De plus, les lipides constituent une source d’énergie importante. avec la conversion complète de 1 g de lipides en eau et en dioxyde de carbone dans une cellule, environ 2 fois plus d'énergie est libérée qu'avec la même conversion de glucides. La graisse accumulée dans le tissu sous-cutané est un bon matériau isolant thermique. De plus, les lipides sont une source d’eau, qui est libérée en quantité importante lors de leur oxydation. C'est pourquoi de nombreux animaux qui stockent de la graisse (par exemple les chameaux lors des traversées du désert, les ours, les marmottes et les gaufres pendant l'hibernation) peuvent rester longtemps sans eau.
Certaines substances liées aux lipides ont une activité biologique élevée : il s'agit de nombreuses vitamines, par exemple les vitamines A et B, ainsi que de certaines hormones (stéroïdes). Une fonction importante dans le corps des animaux est assurée par le cholestérol, qui est un composant des membranes cellulaires : un métabolisme inapproprié du cholestérol chez l'homme conduit à l'apparition de l'athérosclérose, une maladie dans laquelle le cholestérol se dépose sous forme de plaques sur les parois de vaisseaux sanguins, rétrécissant leur lumière. Cela entraîne une perturbation de l'apport sanguin aux organes et est à l'origine de maladies cardiovasculaires graves telles qu'un accident vasculaire cérébral ou un infarctus du myocarde.
Cellule- l'unité élémentaire de la vie sur Terre. Il possède toutes les caractéristiques d'un organisme vivant : il grandit, se reproduit, échange des substances et de l'énergie avec l'environnement et réagit aux stimuli externes. Le début de l'évolution biologique est associé à l'apparition de formes de vie cellulaire sur Terre. Les organismes unicellulaires sont des cellules qui existent séparément les unes des autres. Le corps de tous les organismes multicellulaires - animaux et plantes - est constitué d'un nombre plus ou moins grand de cellules, qui sont des sortes de blocs qui composent un organisme complexe. Qu'une cellule soit un système vivant intégral - un organisme distinct ou n'en constitue qu'une partie, elle est dotée d'un ensemble de caractéristiques et de propriétés communes à toutes les cellules.
Composition chimique de la cellule
Environ 60 éléments du tableau périodique de Mendeleïev, que l'on retrouve également dans la nature inanimée, ont été trouvés dans les cellules. C'est l'une des preuves du caractère commun de la nature vivante et inanimée. Dans les organismes vivants, les plus abondants sont l’hydrogène, l’oxygène, le carbone et l’azote, qui constituent environ 98 % de la masse des cellules. Cela est dû aux propriétés chimiques particulières de l'hydrogène, de l'oxygène, du carbone et de l'azote, qui se sont révélées les plus appropriées pour la formation de molécules remplissant des fonctions biologiques. Ces quatre éléments sont capables de former des liaisons covalentes très fortes en appariant des électrons appartenant à deux atomes. Les atomes de carbone liés de manière covalente peuvent former la charpente d’innombrables molécules organiques différentes. Étant donné que les atomes de carbone forment facilement des liaisons covalentes avec l’oxygène, l’hydrogène, l’azote et le soufre, les molécules organiques atteignent une complexité et une diversité structurelle exceptionnelles.
En plus des quatre éléments principaux, la cellule contient des quantités notables (10e et 100e fractions de pour cent) de fer, de potassium, de sodium, de calcium, de magnésium, de chlore, de phosphore et de soufre. Tous les autres éléments (zinc, cuivre, iode, fluor, cobalt, manganèse, etc.) se trouvent dans la cellule en très petites quantités et sont donc appelés microéléments.
Les éléments chimiques font partie des composés inorganiques et organiques. Les composés inorganiques comprennent l'eau, les sels minéraux, le dioxyde de carbone, les acides et les bases. Les composés organiques sont les protéines, les acides nucléiques, les glucides, les graisses (lipides) et les lipoïdes. En plus de l'oxygène, de l'hydrogène, du carbone et de l'azote, ils peuvent contenir d'autres éléments. Certaines protéines contiennent du soufre. Le phosphore est un composant des acides nucléiques. La molécule d'hémoglobine comprend du fer, le magnésium participe à la construction de la molécule de chlorophylle. Les microéléments, malgré leur teneur extrêmement faible dans les organismes vivants, jouent un rôle important dans les processus vitaux. L'iode fait partie de l'hormone thyroïdienne - la thyroxine, le cobalt fait partie de la vitamine B 12, l'hormone des îlots du pancréas - l'insuline - contient du zinc. Chez certains poissons, le cuivre remplace le fer dans les molécules pigmentaires transportant l'oxygène.
Substances inorganiques
Eau
H 2 O est le composé le plus courant dans les organismes vivants. Son contenu dans différentes cellules varie assez considérablement : de 10 % dans l'émail des dents à 98 % dans le corps d'une méduse, mais il représente en moyenne environ 80 % du poids corporel. Le rôle extrêmement important de l’eau dans le soutien des processus vitaux est dû à ses propriétés physico-chimiques. La polarité des molécules et la capacité de former des liaisons hydrogène font de l'eau un bon solvant pour un grand nombre de substances. La plupart des réactions chimiques se produisant dans une cellule ne peuvent se produire que dans une solution aqueuse. L'eau est également impliquée dans de nombreuses transformations chimiques.
Le nombre total de liaisons hydrogène entre les molécules d'eau varie en fonction de t °. À t ° Lorsque la glace fond, environ 15 % des liaisons hydrogène sont détruites, à t° 40°C – la moitié. Lors du passage à l’état gazeux, toutes les liaisons hydrogène sont détruites. Ceci explique la capacité thermique spécifique élevée de l’eau. Lorsque la température de l'environnement extérieur change, l'eau absorbe ou libère de la chaleur en raison de la rupture ou de la nouvelle formation de liaisons hydrogène. De cette manière, les fluctuations de température à l’intérieur de la cellule s’avèrent moindres que dans l’environnement. La chaleur élevée d’évaporation est à la base du mécanisme efficace de transfert de chaleur chez les plantes et les animaux.
L’eau en tant que solvant participe aux phénomènes d’osmose qui jouent un rôle important dans la vie des cellules de l’organisme. L'osmose est la pénétration de molécules de solvant à travers une membrane semi-perméable dans une solution d'une substance. Les membranes semi-perméables sont celles qui laissent passer les molécules de solvant, mais ne laissent pas passer les molécules de soluté (ou les ions). L’osmose est donc la diffusion unidirectionnelle des molécules d’eau en direction de la solution.
Sels minéraux
La plupart des substances inorganiques présentes dans les cellules se présentent sous forme de sels à l’état dissocié ou solide. La concentration en cations et anions dans la cellule et dans son environnement n'est pas la même. La cellule contient beaucoup de K et beaucoup de Na. Dans le milieu extracellulaire, par exemple dans le plasma sanguin, dans l'eau de mer, au contraire, il y a beaucoup de sodium et peu de potassium. L'irritabilité cellulaire dépend du rapport des concentrations d'ions Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+. Dans les tissus des animaux multicellulaires, K fait partie de la substance multicellulaire qui assure la cohésion des cellules et leur disposition ordonnée. La pression osmotique dans la cellule et ses propriétés tampons dépendent largement de la concentration en sels. Le tamponnage est la capacité d’une cellule à maintenir la réaction légèrement alcaline de son contenu à un niveau constant. Le tampon à l'intérieur de la cellule est assuré principalement par les ions H 2 PO 4 et HPO 4 2-. Dans les fluides extracellulaires et dans le sang, le rôle de tampon est joué par H 2 CO 3 et HCO 3 -. Les anions se lient aux ions H et aux ions hydroxyde (OH -), grâce à quoi la réaction des fluides extracellulaires à l'intérieur de la cellule reste pratiquement inchangée. Les sels minéraux insolubles (par exemple le phosphate de Ca) renforcent le tissu osseux des vertébrés et des coquilles de mollusques.
Matière cellulaire organique
Écureuils
Parmi les substances organiques de la cellule, les protéines occupent la première place tant en quantité (10 à 12 % de la masse totale de la cellule) qu'en importance. Les protéines sont des polymères de haut poids moléculaire (avec un poids moléculaire de 6 000 à 1 million et plus), dont les monomères sont des acides aminés. Les organismes vivants utilisent 20 acides aminés, bien qu’il y en ait beaucoup plus. La composition de tout acide aminé comprend un groupe amino (-NH 2), qui a des propriétés basiques, et un groupe carboxyle (-COOH), qui a des propriétés acides. Deux acides aminés sont combinés en une seule molécule en établissant une liaison HN-CO, libérant une molécule d'eau. La liaison entre le groupe amino d’un acide aminé et le groupe carboxyle d’un autre est appelée liaison peptidique. Les protéines sont des polypeptides contenant des dizaines et des centaines d'acides aminés. Les molécules de diverses protéines diffèrent les unes des autres par leur poids moléculaire, leur nombre, leur composition en acides aminés et la séquence de leur emplacement dans la chaîne polypeptidique. Il est donc clair que les protéines sont extrêmement diverses ; leur nombre dans tous les types d'organismes vivants est estimé à 10 10 - 10 12.
Une chaîne d’unités d’acides aminés reliées de manière covalente par des liaisons peptidiques dans une séquence spécifique est appelée structure primaire d’une protéine. Dans les cellules, les protéines ressemblent à des fibres ou à des boules (globules) torsadées en spirale. Cela s'explique par le fait que dans les protéines naturelles, la chaîne polypeptidique est disposée d'une manière strictement définie, en fonction de la structure chimique de ses acides aminés constitutifs.
Premièrement, la chaîne polypeptidique se plie en spirale. L'attraction se produit entre les atomes des spires voisines et des liaisons hydrogène se forment notamment entre les groupes NH et CO situés sur les spires adjacentes. Une chaîne d'acides aminés, torsadée en forme de spirale, forme la structure secondaire de la protéine. À la suite d’un repliement ultérieur de l’hélice, une configuration spécifique à chaque protéine apparaît, appelée structure tertiaire. La structure tertiaire est due à l'action des forces de cohésion entre les radicaux hydrophobes présents dans certains acides aminés et aux liaisons covalentes entre les groupes SH de l'acide aminé cystéine (liaisons S-S). Le nombre d'acides aminés à radicaux hydrophobes et à cystéine, ainsi que l'ordre de leur disposition dans la chaîne polypeptidique, sont spécifiques à chaque protéine. Par conséquent, les caractéristiques de la structure tertiaire d'une protéine sont déterminées par sa structure primaire. La protéine ne présente une activité biologique que sous la forme d'une structure tertiaire. Par conséquent, le remplacement d’un seul acide aminé dans une chaîne polypeptidique peut entraîner une modification de la configuration de la protéine et une diminution ou une perte de son activité biologique.
Dans certains cas, les molécules de protéines se combinent entre elles et ne peuvent remplir leur fonction que sous forme de complexes. Ainsi, l'hémoglobine est un complexe de quatre molécules et ce n'est que sous cette forme qu'elle est capable de fixer et de transporter l'oxygène. De tels agrégats représentent la structure quaternaire de la protéine. En fonction de leur composition, les protéines sont divisées en deux classes principales : simples et complexes. Les protéines simples sont constituées uniquement d'acides aminés, d'acides nucléiques (nucléotides), de lipides (lipoprotéines), de Me (métalloprotéines), de P (phosphoprotéines).
Les fonctions des protéines dans une cellule sont extrêmement diverses. L'une des plus importantes est la fonction de construction : les protéines sont impliquées dans la formation de toutes les membranes cellulaires et organites cellulaires, ainsi que des structures intracellulaires. Le rôle enzymatique (catalytique) des protéines est extrêmement important. Les enzymes accélèrent les réactions chimiques se produisant dans la cellule de 10 à 100 millions de fois. La fonction motrice est assurée par des protéines contractiles spéciales. Ces protéines interviennent dans tous les types de mouvements dont les cellules et les organismes sont capables : le scintillement des cils et le battement des flagelles chez les protozoaires, la contraction musculaire chez les animaux, le mouvement des feuilles chez les plantes, etc. La fonction de transport des protéines est de fixer des éléments chimiques (par exemple, l'hémoglobine ajoute de l'O) ou des substances biologiquement actives (hormones) et les transférer aux tissus et organes du corps. La fonction protectrice s'exprime sous la forme de la production de protéines spéciales, appelées anticorps, en réponse à la pénétration de protéines ou de cellules étrangères dans l'organisme. Les anticorps lient et neutralisent les substances étrangères. Les protéines jouent un rôle important en tant que source d'énergie. Avec fractionnement complet 1g. 17,6 kJ (~4,2 kcal) de protéines sont libérées.
Glucides
Les glucides, ou saccharides, sont des substances organiques de formule générale (CH 2 O) n. La plupart des glucides contiennent deux fois plus d’atomes de H que d’atomes d’O, comme dans les molécules d’eau. C'est pourquoi ces substances sont appelées glucides. Dans une cellule vivante, les glucides se trouvent en quantités ne dépassant pas 1 à 2, parfois 5 % (dans le foie, dans les muscles). Les cellules végétales sont les plus riches en glucides, dont la teneur atteint dans certains cas 90 % de la masse de matière sèche (graines, tubercules de pomme de terre, etc.).
Les glucides sont simples et complexes. Les glucides simples sont appelés monosaccharides. Selon le nombre d'atomes de glucides dans la molécule, les monosaccharides sont appelés trioses, tétroses, pentoses ou hexoses. Parmi les six monosaccharides carbonés - les hexoses - les plus importants sont le glucose, le fructose et le galactose. Le glucose est contenu dans le sang (0,1-0,12%). Les pentoses ribose et désoxyribose se trouvent dans les acides nucléiques et l'ATP. Si deux monosaccharides sont combinés en une seule molécule, le composé est appelé disaccharide. Le sucre de table, obtenu à partir de canne ou de betterave sucrière, est constitué d'une molécule de glucose et d'une molécule de fructose, le sucre du lait - de glucose et de galactose.
Les glucides complexes formés à partir de nombreux monosaccharides sont appelés polysaccharides. Le monomère des polysaccharides tels que l'amidon, le glycogène, la cellulose est le glucose. Les glucides remplissent deux fonctions principales : la construction et l’énergie. La cellulose forme les parois des cellules végétales. La chitine, un polysaccharide complexe, constitue le principal composant structurel de l'exosquelette des arthropodes. La chitine remplit également une fonction de construction chez les champignons. Les glucides jouent le rôle de principale source d’énergie dans la cellule. Lors de l'oxydation de 1 g de glucides, 17,6 kJ (~4,2 kcal) sont libérés. L'amidon des plantes et le glycogène des animaux se déposent dans les cellules et servent de réserve d'énergie.
Acides nucléiques
L'importance des acides nucléiques dans une cellule est très grande. Les particularités de leur structure chimique offrent la possibilité de stocker, de transférer et d'hériter aux cellules filles des informations sur la structure des molécules protéiques synthétisées dans chaque tissu à un certain stade du développement individuel. Étant donné que la plupart des propriétés et caractéristiques des cellules sont déterminées par les protéines, il est clair que la stabilité des acides nucléiques est la condition la plus importante pour le fonctionnement normal des cellules et des organismes entiers. Tout changement dans la structure des cellules ou dans l'activité des processus physiologiques qui s'y trouvent, affectant ainsi l'activité vitale. L'étude de la structure des acides nucléiques est extrêmement importante pour comprendre l'héritage des traits dans les organismes et les modèles de fonctionnement des cellules individuelles et des systèmes cellulaires - tissus et organes.
Il existe 2 types d’acides nucléiques : l’ADN et l’ARN. L'ADN est un polymère constitué de deux hélices nucléotidiques disposées pour former une double hélice. Les monomères des molécules d'ADN sont des nucléotides constitués d'une base azotée (adénine, thymine, guanine ou cytosine), d'un glucide (désoxyribose) et d'un résidu d'acide phosphorique. Les bases azotées de la molécule d'ADN sont reliées entre elles par un nombre inégal de liaisons H et sont disposées par paires : l'adénine (A) est toujours contre la thymine (T), la guanine (G) contre la cytosine (C).
Les nucléotides sont connectés les uns aux autres non pas de manière aléatoire, mais de manière sélective. La capacité d'interaction sélective de l'adénine avec la thymine et de la guanine avec la cytosine est appelée complémentarité. L'interaction complémentaire de certains nucléotides s'explique par les particularités de la disposition spatiale des atomes dans leurs molécules, qui leur permettent de se rapprocher et de former des liaisons H. Dans une chaîne polynucléotidique, les nucléotides voisins sont liés les uns aux autres par un sucre (désoxyribose) et un résidu acide phosphorique. L'ARN, comme l'ADN, est un polymère dont les monomères sont des nucléotides. Les bases azotées de trois nucléotides sont les mêmes que celles qui composent l'ADN (A, G, C) ; le quatrième - l'uracile (U) - est présent dans la molécule d'ARN à la place de la thymine. Les nucléotides d'ARN diffèrent des nucléotides d'ADN par la structure des glucides qu'ils contiennent (ribose au lieu de désoxyribose).
Dans une chaîne d'ARN, les nucléotides sont reliés en formant des liaisons covalentes entre le ribose d'un nucléotide et le résidu acide phosphorique d'un autre. La structure diffère entre les ARN à deux brins. Les ARN double brin sont les gardiens de l'information génétique dans un certain nombre de virus, à savoir Ils remplissent les fonctions de chromosomes. L'ARN simple brin transfère des informations sur la structure des protéines du chromosome au lieu de leur synthèse et participe à la synthèse des protéines.
Il existe plusieurs types d'ARN simple brin. Leurs noms sont déterminés par leur fonction ou leur emplacement dans la cellule. La majeure partie de l'ARN du cytoplasme (jusqu'à 80 à 90 %) est de l'ARN ribosomal (ARNr), contenu dans les ribosomes. Les molécules d'ARNr sont relativement petites et se composent en moyenne de 10 nucléotides. Un autre type d'ARN (ARNm) qui transporte des informations sur la séquence d'acides aminés dans les protéines qui doivent être synthétisées en ribosomes. La taille de ces ARN dépend de la longueur de la région d’ADN à partir de laquelle ils ont été synthétisés. Les ARN de transfert remplissent plusieurs fonctions. Ils délivrent les acides aminés au site de synthèse des protéines, « reconnaissent » (par le principe de complémentarité) le triplet et l'ARN correspondant à l'acide aminé transféré, et réalisent l'orientation exacte de l'acide aminé sur le ribosome.
Graisses et lipides
Les graisses sont des composés d’acides gras de haut poids moléculaire et d’alcool trihydrique glycérol. Les graisses ne se dissolvent pas dans l’eau – elles sont hydrophobes. Il existe toujours dans la cellule d’autres substances hydrophobes complexes ressemblant à de la graisse, appelées lipoïdes. L’une des principales fonctions des graisses est l’énergie. Lors de la décomposition de 1 g de graisses en CO 2 et H 2 O, une grande quantité d'énergie est libérée - 38,9 kJ (~ 9,3 kcal). La teneur en graisse dans la cellule varie de 5 à 15 % du poids de matière sèche. Dans les cellules des tissus vivants, la quantité de graisse augmente jusqu'à 90 %. La fonction principale des graisses dans le monde animal (et en partie végétal) est le stockage.
Lorsque 1 g de graisse est complètement oxydé (en dioxyde de carbone et en eau), environ 9 kcal d'énergie sont libérées. (1 kcal = 1 000 cal ; la calorie (cal) est une unité extra-système de quantité de travail et d'énergie, égale à la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer 1 ml d'eau de 1 °C à une pression atmosphérique standard de 101,325 kPa ; 1 kcal = 4,19 kJ) . Lorsque 1 g de protéines ou de glucides est oxydé (dans l’organisme), seulement 4 kcal/g environ sont libérés. Dans une variété d’organismes aquatiques – des diatomées unicellulaires aux requins pèlerins – la graisse « flotte », réduisant ainsi la densité corporelle moyenne. La densité des graisses animales est d'environ 0,91 à 0,95 g/cm³. La densité du tissu osseux des vertébrés est proche de 1,7 à 1,8 g/cm³ et la densité moyenne de la plupart des autres tissus est proche de 1 g/cm³. Il est clair qu’il faut beaucoup de graisse pour « équilibrer » un squelette lourd.
Les graisses et les lipides remplissent également une fonction de construction : ils font partie des membranes cellulaires. En raison d'une mauvaise conductivité thermique, la graisse est capable de remplir une fonction protectrice. Chez certains animaux (phoques, baleines), il se dépose dans le tissu adipeux sous-cutané, formant une couche pouvant atteindre 1 m d'épaisseur. La formation de certains lipoïdes précède la synthèse d'un certain nombre d'hormones. Par conséquent, ces substances ont également pour fonction de réguler les processus métaboliques.
