Les cristaux du vivant(La biominéralisation)

La biominéralisation désigne la production de minéraux par des organismes vivants

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Le marbre de Guillestre (Alpes)…

…Un matériau de construction composé d’ammonites!

Les roches calcaires

Falaise d’Etretat, Normandie Paleo-récifs urgoniens, Alpes

Récifs des îles polynésiennes

Ca2+ + CO32-➔ CaCO3

Précipitation

(exemples issus du territoire français)

Test d’identification

(effervescence)

CaCO3 + 2 HCl

➔ CO2 + CaCl2 + H2O

Comment la vie peut être à l’origine de roches?

Roches calcaires bioconstruites

Algues planctoniques

microscopiques en Calcite

Falaise d’Etretat,

Normandie

Craie

Les coccolithes sont maintenus entre eux par un ciment calcaire, qui lie les coquilles (tests) entre elles

Maille Cristal Roche

TempératurePressionTemps (Diagenèse)

Po

lym

orp

hes

Macles, clivagesBiologie + diagenèse

(cimentation)

Une même formule chimique pour une même organisation de la matière? Ca2+ + CO3

2-➔ CaCO3

L’organisation de la matière solide : de la maille à la roche

Rhomboédrique

pour la Calcite

Orthorhombique

pour l’Aragonite

Minéral

Roches calcaires bioconstruites

Nautilus Velazquez Castillo et al., 2006

Activité 1 : A partir des photographies enMicroscopie Electronique à Balayage(MEB) et de vos connaissances,déterminez la nature et les propriétéscristallographiques du matériaucomposant la coquille de Nautile et lescoraux.En quoi l’organisation des cristauxreflète-t-elle le mode de vie de cesorganismes?

Nacre au MEB

https://www.luckysci.com/2014/05/geology-of-hawaiian-coral-reefs/

Echelle: B, 10 μm; C & D, 1 μm. From Cohen & Holcomb, 2009

Roches calcaires bioconstruites Coraux (Porites) d’Hawaï, Pacifique

Activité 1 : A partir desphotographies enMicroscopie Electronique àBalayage (MEB) et de vosconnaissances, déterminezla nature et les propriétéscristallographiques dumatériau composant lacoquille de Nautile et lescoraux.En quoi l’organisation descristaux reflète-t-elle lemode de vie de cesorganismes?

Roches calcaires bioconstruites

Nautilus

Coquille en AragoniteOrganisation en colonne pour

éviter la fracturation

https://www.luckysci.com/2014/05/geology-of-hawaiian-coral-reefs/

Aragonite précipitée par les coraux: granulaire la nuit, en aiguille le jour…en lien avec la croissance des coraux (symbiose avec des algues)Echelle: B, 10 μm; C & D, 1 μm.

From Cohen & Holcomb, 2009

Roches calcaires bioconstruites

Coraux (Porites) d’Hawaï, Pacifique

Manuel Hachette 2019

Roches calcaires bioconstruites

Roches siliceuses bioconstruites

Les diatomées, composées de silice SiO2

Amorphe chez les diatomées

Roches siliceuses bioconstruites

Activité 2 : A partir des documents suivants, expliquez comment se forme la coquille siliceuse des diatomées

Microscopie électronique de la membrane de la diatomée T. pseudonana

Cytosquelette

Silice

Protéine formant les pores

Schéma de la membrane de la diatomée T. pseudonana

Microscopie électronique de la membrane de T. pseudonana

Roches siliceuses bioconstruites

Activité 2 : A partir des documents suivants, expliquez comment se forme la coquille siliceuse des diatomées

Microscopie électronique de la membrane de la diatomée T. pseudonanaPrésence de pores et d’arêtes, formant la charpente du test

Cytosquelette

Silice

Protéine formant les pores

Schéma de la membrane de la diatomée T. pseudonanaLa silice se forme au cœur de la bicouchephospholipidiqueLes pores correspondent à des protéinestransmembranaires qui permettent à la membrane de sefixer au cytosquelette, mais aussi de favoriser laprécipitation de la Silice.Les pores permettent aussi les échanges de matière avecle milieu extérieur

Microscopie électronique de la membraneLes protéines transmembranaires forment des pores

Le squelette humain, un édifice minéral dynamique

La structure de l’os

Activité 3 : l’os humain, un édifice minéral dynamique

A partir des documents suivants, proposez des hypothèses sur les rôles joués par les ostéoblastes et ostéoclastes, cellules spécialisées des os

Activité 3 : l’os humain, un édifice minéral dynamique

Sur le schéma suivant, positionnez les ostéoblastes et ostéoclastes sur la flèche de flux de matière qui correspond à leur activité.En plus de son rôle dans le soutien du corps et la locomotion, quel est l’équilibre biochimique (homéostasie) régulé par la dynamique de l’os?

Activité 3 : l’os humain, un édifice minéral dynamique

A partir des documents suivants, proposez des hypothèses sur les rôles joués par les ostéoblastes et ostéoclastes, cellules spécialisées des os

Ostéoblaste: croissance de l’os, piégeage de Ca2+

Ostéoclaste : résorption de l’os, libération de Ca2+

Activité 3 : l’os humain, un édifice minéral dynamique

Sur le schéma suivant, positionnez les ostéoblastes et ostéoclastes sur la flèche de flux de matière qui correspond à leur activité.En plus de son rôle dans le soutien du corps et la locomotion, quel est l’équilibre biochimique (homéostasie) régulé par la dynamique de l’os?

Ostéoblaste: croissance de l’os, piégeage de Ca2+

Ostéoclaste :résorption de l’os,

libération de Ca2+

Activité 4 : Rédigez une synthèse sur les différents rôles joués par les minéraux dans le vivant

• Certains êtres vivants possèdent desstructures cristallines qui jouent desrôles variés : les cristaux confèrentdes propriétés mécaniques auxcoquilles ou au squelette,permettant d’assurer des fonctionsde protections, de soutien ou delocomotion. La présence deminéraux stockés dans les squelettesou coquilles permet aussi de régulerl’homéostasie pour certainscomposés, comme les ions calcium.

• Chez certains végétaux, desminéraux peuvent jouer un rôletoxique pour les organismesconsommateurs (raphides )