UE 2.1 : Biologie fondamentale

De l’atome à la molécule

Chimie : science expérimentale qui étudie la matière, de l'atome aux édifices supramoléculaires

Chimie du vivant : interface entre la chimie et la biologie

NOTIONS DE CHIMIE PERTINENTES POUR LES SOINS INFIRMIERS

Magnésium

· Élément présent dans de nombreux nutriments

· Rôle physiologique : régulation des muscles et des nerfs, action essentielle sur l'activité de centaines d'enzymes jouant un rôle clé au niveau métabolique

Carence en magnésium : crampes musculaires, certains troubles des nerfs, jambes sans repos, fatigue, stress, dysménorrhée, insomnie, anxiété, hyperactivité, constipation, faiblesse, nausée, vomissement, problèmes cardiaques

Excès de magnésium : diarrhées, troubles cardiaques

Dose journalière recommandée : 300 à 400mg

L'élément magnésium entre dans la composition de certains médicaments

· Comprimés effervescents : fatigue, stress

· Solutions injectables : rééquilibration hydroélectrique et traitement des hypokaliémies aigues associées à une hypomagnésie.

Liquide interstitiel : de composition proche du plasma, le liquide interstitiel remplit l'espace entre les capillaire sanguins et les cellules. Ion majoritaire : Na+

TABLEAU PERIODIQUE

Les éléments sont classés par numéro atomique et donc par nombres de protons.

L’atome

L'atome est la plus petite unité de matière. Il est constitué :

•  D’un noyau contenant des particules pesantes, appelés nucléons. Ils existent 2 type de nucléons :

- Les protons porteurs d’une charge élémentaire positive. Leur nombre définit le Numéro atomique (Z).

- Les neutrons, qui n’ont aucune charge.

La masse atomique (A) d’un atome est la somme des particules pesantes du noyau. (protons+neutrons)

• D’électrons, placés autour du noyau, qui ont une masse négligeable, mais portent chacun une charge électrique négative. Dans un atome, il y a autant de protons que d’électrons.

Ex :

Les isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre d'électrons mais un nombre différent de neutrons.

Les isotopes d’un même élément ont des propriétés chimiques identiques mais des propriétés physiques différentes (stables ou radioactifs notamment).

Par exemple, l’hydrogène a trois isotopes :

Les isotopes H et 2H de l’élément Hydrogène sont stables. Seuls l’atome de tritium est radioactif : il se désintègre en émettant un rayonnement.

La radioactivité a été découverte par Marie Curie, première femme à recevoir le Prix Nobel de physique en 1903 et le Prix Nobel de chimie en 1911, pour la découverte du radium et du polonium, à l’origine de sa mort.

La radioactivité naturelle est un processus spontané qui conduit à la fission du noyau par un atome instable (père). Cette fission engendre un nouvel atome plus stable (fils) accompagné par une émission de particules énergétique

α ou β- ou β+  ou d’un rayonnement gamma.

La radioactivité alpha : Un atome radioactif alpha émet une « particule alpha », c'est-à-dire un noyau d'hélium (en fait deux protons et deux neutrons). Ainsi le noyau, en perdant deux protons, change de nature. Par exemple, un atome de polonium 210 (84 protons et 126 neutrons) devient, par radioactivité alpha, un atome de plomb 206 (82 protons et 124 neutrons). L'origine de la radioactivité alpha est une instabilité globale du noyau de l'atome qui se stabilise en éjectant ces deux protons et deux neutrons.

La radioactivité bêta : Elle est dû à la transformation d’un nucléon en un autre : un proton en neutron ou vice-versa. Elle s’accompagne de l’émission d’un électron (ou positron) qui provoquera des brûlures.

La radioactivité gamma : L’origine de cette radioactivité est une excitation globale du noyau qui se désexcite en émettant le plus puissant des photons (donc en perdant de l’énergie) : le rayon gamma qui provoque de profondes brûlures mais surtout des ravages localisés et profonds en brisant l’ADN : cancers et mutations génétiques.

A savoir : Le tritium se désintègre en émettant un rayonnement bêta. Notons que l’élément d’hydrogène est le seul pour lequel les différents isotopes portent un nom distinct, en raison de leur différence de masse importante.

Scintigraphie : La technique consiste à injecter au malade un traceur radioactif qui varie selon l'organe. Le produit va se fixer de façon passagère sur certains tissus ou organes. Une fois fixée, la radioactivité sur l'organe ou les tissus est mesurée grâce à un appareil appelé gamma-caméra qui capte le rayonnement gamma.

Scintigraphie osseuse : Elle met en évidence les zones malades pour la visualisation de l'augmentation du métabolisme ostéoblastique (renouvellement osseux augmenté).

Les atomes sont électriquement neutres mais le transfert d'électrons d'un atome à un autre détruit l'équilibre électrique et forment des particules appelés ions. L'atome qui gagne un électron devient un ion négatif appelé anion, alors que l'atome qui perd un électron devient un ion positif appelé cation.

Pourquoi un atome peut évoluer en cation ou en anion ? Cela est fonction d’un paramètre appelé l’électroactivité (force avec laquelle le noyau d’un atome va attirer les électrons).

L’association des atomes va constituer des molécules. Les atomes ont partagé leur électron pour conduire à des molécules (Combinaison stable d’atomes).

Il existe plusieurs types de liaisons :

- Les liaisons ioniques (liaison faible) qui s’établissent entre ions à partir d’un échange d’électron.

- Les liaisons covalentes (stable, solide) se forment grâce à la mise en commun d’électrons.

Seules la liaison covalente et la liaison ionique conduisent aux molécules. La liaison hydrogène (liaison chimique non covalente. Elle est de faible intensité et relie des molécules en impliquant un hydrogène) et de van der Waals étant importante dans le maintien de la structure 3D des molécules complexes (protéines par exemple).

Eau, solutions et concentrations

Solution : Mélange homogène d'au moins 2 substances constituant une seule phase, substances appelées solvant et soluté.

/!\ L’eau n’est pas un solvant universel. Il existe des molécules non polaire, incapables d’établir des interactions avec les molécules d’eau d’où la non miscibilité et la formation d’émulsion. Ce sont des molécules dites hydrophobe.

Concentration : Elle reflète le nombre de molécules ou d'ions dissous par quantité de solvant. Ce nombre de molécules est gigantesque et nécessite l'utilisation d'une unité de mesure : la mole.

La masse atomique correspond à la masse d’un atome et s’exprime en kg ou en u.m.a. (unité de masse atomique). La masse d’un atome se calcule en comptabilisant le nombre de nucléon (protons + neutrons).

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 à une mole de particules.

La 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 les ions, l’osmolarité faisant référence à toutes particules.

La pression osmotique

Pression osmotique : Pression minimum qu'il faut exercer pour empêcher le passage d'un solvant d'une solution moins concentrée vers une solution plus concentrée à travers une membrane semi-perméable (=perméable à l’eau et imperméable aux solutés).

La pression osmotique est proportionnelle à la température et aux concentrations de soluté de part et d'autre de la membrane.

Osmose : Mouvement d'eau à travers une membrane semi-perméable, du compartiment le moins concentré en particules en solution vers le compartiment le plus concentré en particules en solution de manière à équilibrer la pression de part et d'autre de la membrane.

Ex :

Acidité, basicité et PH

Le pH (potentiel hydrogène) permet de définir si un milieu est acide, basique ou neutre. A savoir que le pH est différent d’un milieu à un autre, d’une solution à une autre. Ainsi le pH du sang artériel est environ de 7.4 alors que celui des urines varie de 5.2 à 6.4 et que celui de la salive est environ de 6. Le pH varie également entre le sang artériel et le sang veineux. Une valeur de pH artériel inférieure à 6.9 ou supérieure à 7.9 sont généralement considérées comme incompatibles avec la survie.

Un acide est une espèce (molécule ou ion) susceptible de céder un proton (c’est-à-dire un ion H+).

Une base est une espèce (molécule ou ion) susceptible de fixer un proton.

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