BIOLOGIE FONDAMENTALE LES MOLÉCULES DU … · (Molarité et molalité sont très proches pour une solution diluée). II-2.3. La fraction massique. Elle est définie par le rapport

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BIOLOGIE FONDAMENTALE

LES MOLÉCULES DU VIVANT

PREMIÈRE PARTIE : DE L’ATOME À LA MOLÉCULE, DE LA MOLÉCULE AU MÉDICAMENT

DEUXIÈME PARTIE : LES BIOMOLÉCULES (PROTÉINES, LIPIDES, GLUCIDES…)

INTERVENANTS : Ph. KAROYAN, J. MASLIAH, D. RAINTEAU, J-P .TRESCA

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Professeur Philippe KAROYANENS, 24 RUE LHOMOND

PARIS

DE L’ATOME À LA MOLÉCULE

DE LA MOLÉCULE AU MÉDICAMENT

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2- EAU ET SOLUTIONS AQUEUSES

Les solutions font parties de notre quotidien : de la boisson aux produits d’entretiens. (solutions gazeuses (ex :air) et solide (ex : or 18cts) non abordées dans ce cours).

En médecine, les perfusions, composées de solutions aqueuses salines (NaCl et autres sels solubles)remplacent les liquides perdus par l’organisme.

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Plasma et liquide intracellulaire sont des solutions aqueuses dans lesquelles sont dissous des solutés

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II-1. Définition

Une solution est un mélange homogène d’au moins deux substances constituant une seule phase, substances

appelées : -solvant (constituant présent en grande quantité, eau dans nos cas)

-soluté (ex : Glucose, NaCl…)

L’expérience montre que l’addition d’une substance à un liquide pur modifie ses propriétés (ex : addition de NaCl

dans l’eau abaisse le point de congélation de l’eau). Ces propriétés sont liées au nombre relatif de particules

de solutés et de solvant définissant la concentration.

II- EAU, SOLUTIONS AQUEUSES ET CONCENTRATION

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II-2. La concentration et ses unités

Elle reflète le nombre de moles de molécules (ex : Glucose) ou d’ions (ex : NaCl) dissous par quantité desolvant. Plusieurs unités de concentration peuvent satisfaire cette définition.

II-2.1. Concentration molaire volumique

Elle se définit comme étant la quantité (mol) de soluté A par litre de solution, suivant l’équation :

Une solution qui contient une mole par litre est une solution molaire.La concentration molaire volumique ne permet pas de calculer la quantité de solvant servant à préparer lasolution.Ex : Solution de NaCl à 0,9%Pour préparer 1 Litre de solution de NaCl de concentration 0,154 M (0,154 mol/L, 154 mM) il faut rajoutersuffisamment d’eau (solvant) à 154 mmol du soluté (NaCl). Le volumed’eau ajouté est inférieur à 1L.

Dans ce cas, la concentrations’exprime en mol/L ou mol.L-1 ou M.Attention : mmol/L, mmol/mL…

Solution : soluté + solvant

ppi : pour préparation injectableqsp : quantité suffisante pour obtenir 1L de solution


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II-2.2. La molalité

Symbolisée par la lettre m, elle représente la quantité (mol) de soluté (ex : NaCl) par kilogramme de solvant (ex :H2O) :

Une solution qui contient une mole par kg d’eau est une solution molale.La molalité de la solution de NaCl, préparée en ajoutant 1,000 kg d’eau à 0,154 mol (9 g) de NaCl est de 0,154 m(prononcer « zéro virgule 154 molal »).Les quantités d’eau diffèrent dans une solution de concentration molaire volumique de 0,154M et dans unesolution de 0,154 m. (Molarité et molalité sont très proches pour une solution diluée).

II-2.3. La fraction massique

Elle est définie par le rapport entre la masse mA d’une substance A (ex : NaCl) et la masse totale du mélange(mtotale)


Concrètement : Il y a 0,9 g de NaCl dans 100 g de solution.

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III- PRESSION OSMOTIQUE/ OSMOLARITÉ / OSMOLALITÉ

III-1.PRESSION OSMOTIQUE, MISE EN ÉVIDENCE

eau

saccharose

Solution aqueuse 10 mM saccharose

membrane semi-perméable =perméable à l’eau imperméable aux solutés

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eau

10 mM saccharose


pression sur le piston

saccharose

244 hPa


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eau


saccharose

NaCl

10 mM NaCl


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eau

10 mM saccharose


pression sur le piston NaCl

saccharose

453 hPa

III- PRESSION OSMOTIQUE/ OSMOLARITÉ / OSMOLALITÉLa pression osmotique se définitcomme la pression minimum qu’ilfaut exercer pour empêcher lepassage d’un solvant d’unesolution moins concentrée vers unesolution plus concentrée à traversune membrane semi-perméable.La pression osmotique estproportionnelle à la température etaux concentrations de soluté depart et d’autre de la membrane.

Osmose :Elle correspond à un mouvementd’eau à travers une membrane semi-perméable, du compartiment le moinsconcentré en particules en solutionvers le compartiment le plus enparticules en solution de manière àéquilibrer la pression de part etd’autre de la membrane.

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La membrane cellulaire peut être considérée comme une membrane semi-perméable :

Si la cellule baigne dans unmilieu hypertonique, l’eau sortde la cellule qui se contracte.

Si la cellule baigne dans unmilieu hypotonique, il y a unmouvement d’eau (osmose)du milieu extracellulaire versle milieu intracellulaire. Lacellule gonfle.

H2O H2O

Milieu Isotonique : lespressions sontidentiques de part etd’autre de lamembrane cellulaire.

Osmose :Le sens du mouvement d’eau entre deux compartiments dans l’osmose dépend donc de laconcentration en particules dans chacun des compartiments. Cette concentration se définitcomme l’osmolarité.

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III- PRESSION OSMOTIQUE/ OSMOLARITÉ / OSMOLALITÉIII-1. Définition

L’osmolarité d’une solution est le nombre de moles de particules en solution dans 1 litre de solution.L’osmolalité est le nombre de moles de particules en solution dans 1 kg d’eau. 1 osmole (osm) correspond àune mole de particules.

Concrètement :

Si l’on considère un litre d’une solution de Chlorure de Sodium (NaCl) à 0,9%. Quelle est son osmolarité?

MNa = 23 g/mol

MCl = 35,5 g/mol

MNaCl = 58,5 g/molChaque mole de NaCl, donne2 mole de particules, soit dansnotre cas 154 mmol/L de Na+et 154 mmol/L de Cl-.

Donc, en théorie, l’osmolarité de notre solution est 2x154 = 308 mOsm/LQue dit notre étiquette?

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III-1. Définition

L’osmolarité d’une solution est le nombre de moles de particules en solution dans 1 litre de solution.L’osmolalité est le nombre de moles de particules en solution dans 1 kg d’eau. 1 osmole (osm) correspond àune mole de particules.

Concrètement :

Si l’on considère un litre d’une solution de Chlorure de Sodium (NaCl) à 0,9%. Quelle est son osmolarité?

MNa = 23 g/mol

MCl = 35,5 g/mol

MNaCl = 58,5 g/molChaque mole de NaCl, donne2 mole de particules, soit dansnotre cas 154 mmol/L de Na+et 154 mmol/L de Cl-.


D’où vient la différence?


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En réalité, tout le NaCl n’est pas sous forme ionisée et le nombre departicule en solution est donc inférieur au nombre total d’ions qui seformeraient par ionisation totale. Le coefficient osmotique Φ,déterminée expérimentalement, permet de calculer le nombre réel demole de particules présentes dans la solution :

n(Osm) : n(mol).i.ΦSachant que n(mol) = nombre de mole de substance non ionisée.i = nombre d’ions formés (2 pour NaCl).ΦNaCl = coefficient osmotique de NaCl = 0,93

n(Osm) = 0,154x2x0,93 = 0,286 Osm/L

Exercice : Calculer l’Osmolarité d’une solution contenant 952 mg/L de Chlorure de Magnésium sachantque le coefficient osmotique Φ de ce sel est de 0,89. MMg = 24,32 g/mol, MCl = 35,5 g/mol

Note : l’osmolarité est égale à la molarité pour un soluté qui ne se dissocie pas en solution (ex : Glucose, Urée…)

Réponse: Osmolarité de la solution = concentration molaire x i x Φ = 952/95,2x3x0,89 = 26,6 mOsm/L


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CONCENTRATION IONIQUE

La concentration ionique d’une solution est le nombre de moles de charges présentes dans la solution.Son unité est l’équivalent (Eq) par volume de solution. Elle ne concerne, comme son nom l’indique, que lesions, l’osmolalité faisant référence à toutes particules.

exemple : calcul de la concentration ionique d’une solution de 10 mM de NaCl

NaCl est à la concentration de 10 mM.NaCl se dissocie en Na+ et Cl-.

Chaque mole de NaCl porte une mole de charges + et une de charges -. La concentration ioniquede la solution est donc : 2 x 10 = 20 mEq.l-1. (équivalent dans ce cas à l’osmolalité).


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IV- ACIDITÉ/BASICITÉ/pHASPECT QUALITATIF

La rhubarbe est une source naturelle de nombreux acidesorganiques *: les tiges et les feuilles de la rhubarbe contiennent entre

autres choses, des acides oxalique, citrique, acétique et

succinique. Quand elle était cultivée dans les jardins, nos grands-

mères nous interdisaient de manger leurs feuilles supposées nous

rendre très malade…

D’où vient cette croyance?

*qui contiennent du carbone, par opposition aux acides inorganiques (exemple : HCl, H2SO4…)

La rhubarbe contient de grande quantité d’acide oxalique, un diacide. Après avoir cédé deux protons H+ àl’eau (réaction acido-basique), l’oxalate interfère avec des ions comme la calcium : il conduit à un selinsoluble, l’oxalate de calcium, qui précipite et contribue à la formation de calcul dans le rein ou la vessie.

L’acide oxalique est présent dans les choux, épinards, betteraves,chocolat, arachides, thé…apportant ainsi environ 150 mg d’acidepar jour…la dose létale est de 24g par jour, dose atteinte si l’onmange un champ entier de feuille de rhubarbe, risquant ainsi demourir étouffé!

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Un acide est un composé susceptible de céder un proton H+ en solution aqueuse, la base un composésusceptible de libérer des ions OH-. Dans une réaction entre un acide et une base, la base capture le proton H+

libéré par l’acide. Les fonctions vitales de l’organisme dépendent de ces types de composés et de ces réactionset des conséquences de leur ionisation.

L’oxalate est l’acide (faible), l’eau jouant lerôle de base en captant le proton H+.

Acides et bases sont soient des électrolytes forts parce quetotalement ionisés en solution, soient des électrolytesfaibles dont la dissociation n’est que partielle.

Acide fort :

Base forte :

Acides et bases réagissent pour donner des sels et de l’eau :

Important : H+ n’existe pas à l’état libre en solution aqueuse. Le proton se combine avec lune molécule d’eau.

L’eau pure reste conductrice de courant, mettant en évidence la présence d’ion : c’est l’autoprotolyse qui correspond à un échange d’un proton entre deux molécules d’un même composé.

L’eau est un ampholyte, composé capable de jouer le rôle d’acide et de base. (Solution amphotère).

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Le caractère acide ou basique d’une solution est se détermine par la mesure du pH, pour potentiel hydrogène, qui est une fonction de la concentration en ion H3O+ : pH = -log[H3O+]

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