Chiralité et diversité du vivant

MindMapCarbon

Question 1 : Pourquoi le carbone est-il autant présent dans le vivant et pas un autre atome capable de former 4 liaisons covalentes ? 
(Jade, Anna, Antoine, Laurine)

Le carbone est défini comme formant les molécules du vivant. Pourtant le silicium est l’atome le plus présent dans la surface terrestre (jusqu’à 25% dans la croûte terrestre). On peut donc s’interroger sur la prédominance du carbone dans le monde du vivant. 

La polyvalence du carbone, dû à ses 4 liaisons covalentes, lui permet de former de longues chaînes carbonées à l’origine de la diversité des molécules du vivant. Les liaisons du carbone à d’autres atomes sont également faciles à former et à rompre dû à une plus faible énergie. Par ailleurs le carbone élémentaire est insoluble dans l’eau 

Pourquoi d’autres atomes, similaires aux carbone ne seraient ils pas capable d’être eux aussi à la base de la vie sur terre ? 

En effet, le silicium est un exemple d’autre candidat potentiel pour le développement de la vie. Comme le carbone, il a la capacité de former 4 liaisons covalentes avec d’autres atomes. Cependant le silicium est un mauvais candidat pour des raisons physico-chimiques. En effet, à des températures extrêmes, le silicium ne permet pas de faire des réactions chimiques efficaces car les réactions de cette dernière sont fortement ralenties. En comparaison, à températures élevées, le carbone se lie à l’oxygène pour former le monoxyde ou le dioxyde de carbone. De plus, le silicium échange très difficilement ses électrons et refuse souvent de s’associer à d’autres atomes, ne pouvant ainsi pas participer à des échanges entre cellules. Ainsi, même si le silicium est plus présent sur terre, seulement 4 molécules ont été découvertes avec présence de silicium comparé au carbone qui compose près de 10 millions de composés organiques connus. Le carbone peut donc engendrer la création de beaucoup plus de molécules.

Ainsi, même si ce n’est « seulement » que le 4ème atome le plus présent dans l’univers, il reste une très grande base d’atomes de carbone sur terre et  il possède des propriétés physico-chimique plus adaptées aux développement de la vie sur notre planète.

Question 2 : Comment la géométrie d’une molécule peut elle influer sur ses propriétés biochimiques ?
(Nyniane, Rita, Laura, Junghee)

Certaines molécules ont la même formule brute mais une disposition dans l’espace différente: c’est ce qu’on appelle l’isomérie. La géométrie des molécules peut être impactée par l’isomérie de ces dernières. 

L’agencement des éléments dans les molécules peuvent avoir un impact sur leurs propriétés biochimiques.  

Certains récepteurs biologiques seront ainsi activés par certaines molécules, et pas d’autres. C’est le cas par exemple des complexes se formant entre une enzyme et son substrat. Si le substrat n’a pas la géométrie qu’il faut (c’est-à-dire si elle est coudée au lieu de tétraédrique), il ne sera pas reconnu par le site de reconnaissance de l’enzyme, et le complexe ne se créera pas. Cela peut être illustré par l’image d’une serrure et de sa clef. Par analogie avec l’image d’une clef dans une serrure, si la clef (le substrat) n’a pas la bonne “forme”, elle ne rentrera pas entièrement dans la serrure (l’enzyme), et on ne pourra pas ouvrir la porte (le complexe ne se formera pas). 

Exemple des énantiomères :
Ces molécules sont difficiles à séparer, ayant des propriétés physico-chimiques identiques, mais pas les mêmes propriétés biochimiques. Elles peuvent donc avoir des effets drastiquement différents sur l’organisme: 

  • sur la santé: exemple de la thalidomide, médicament prescrit contre la nausée chez la femme enceinte, mais qui a eu un effet néfaste sur le développement des embryons, conduisant à des malformations, sur une erreur d’énantiomère 
  • sur nos sens: exemple du limonène dont l’odeur est perçue différente selon l’énantiomère choisi – citron pour l’un et orange pour l’autre.

Question 3 : Quelles sont les spécificités des cellules adipeuses ? 
(Gaspard, Estelle, Ines)

Il existe trois types de cellules adipeuses :

adipocytes

  • La cellule blanche est la plus grande des adipocytes. Elle consistent en une vacuole, occupant la majeure partie du cytoplasme et stockant des lipides. Si elles accumulent trop de graisse, les cellules blanches se divisent par mitose. Un adipocyte blanc peut devenir beige en présence d’hormone (catecholamine) dans un environnement froid.
  • La cellule brune remplit une fonction calorifique. Elle possède nettement plus de mitochondries et moins de réserves lipidiques.
  • L’adipocyte beige se trouve dans la moelle osseuse et remplit une fonction de structure.

Question 4 : Comment la présence ou l’absence de certains groupes fonctionnels agissent-elles sur l’action des hormones sexuelles ? (ex : oestradiol / testosterone)(Cléo, Morgane, Nour, Paule)

Avant tout, rappelons le mécanisme de communication hormonale. Les hormones sont produites par des cellules endocrines, qui les libèrent ensuite dans le sang. Elles sont reconnues par d’autres cellules qui possèdent des récepteurs leurs correspondant. Se forment alors des complexes hormones/récepteurs. La fixation de l’hormone provoque une modification du métabolisme de la cellule. C’est le cas des hormones sexuelles : testostérone, oestrogène, à l’origine de la différenciation sexuelle.

On observe que la principale différence entre la molécule de testostérone et celle d’oestradiol se situe au niveau des groupements fonctionnels. Une liaison OH dans l’oestradiol se transforme en une liaison C=O dans la testostérone. La testostérone est en plus dotée d’un groupement méthyl. 

Or, comme on peut le voir sur le schéma suivant, une hormone ne peut se fixer qu’à un récepteur spécifique et agit donc seulement sur une cellule cible spécifique, permettant une réaction ! Une cellule qui n’est pas cellule cible n’a pas les récepteurs adaptés à la reconnaissance de l’hormone : il n’y a donc aucune réaction qui en découle. 

Ainsi, les différences de groupes fonctionnels citées plus tôt deviennent déterminantes lorsque ces hormones sexuelles se lient à des récepteurs différents car ne reconnaissant que l’un ou l’autre. Ce sont ces récepteurs spécifiques qui déclenchent des mécanismes en chaîne entraînant d’aussi grandes différences entre testostérone et oestrogène. 

Le récepteur lié à l’oestrogène est appelé récepteur de l’oestrogène (ER), il en existe de deux types différents : ERalpha et ERbeta diffèrent en fonction du type d’organe ou du type de tissus dans lequel ils se trouvent. A noter que ces deux hormones ne sont pas exclusives et qu’il est possible pour un mâle de présenter un petite proportion d’oestrogène et inversement pour une femelle.

Sources:

 

 

Question 5 : Comment Miller a t il conçu et pensé le dispositif expérimental de son experience, et comment a t il analysé les résultats obtenus ?
(Gaëlle, Camille, Alix)

Il semble que Miller veut démontrer l’apparition de molécules organiques complexe, à l’origine de la vie, dans les conditions primitives de la Terre.

Miller modélise les conditions environnementales de la Terre primitive: 

  • L’eau bouillante à 100C° pour l’océan
  • Le mélange gazeux avec les arcs éléctriques pour l’atmosphère et les éclairs
  • Une colonne réfrigérante permet de refroidir le mélange gazeux, et de le refaire passer sous forme liquide, ce liquide retourne ensuite dans la ballon qui symbolise l’océan.

 

Cours géré par Clément Barbier- Gaïa Basinc- Alice Béchaux

Laisser un commentaire