Notions essentielles:
La chimie organique étudie les composés du carbone.
Les atomes de carbone peuvent former une grande variété de molécules en se liant à quatre autres atomes.
Le fonctionnement des molécules biologiques repose sur quelques groupements chimiques.
Quelles sont les propriétés qui font du carbone l’élément fondamental des êtres vivants ?
De tous les éléments chimiques, le carbone n’a pas d’équivalent pour former des molécules volumineuses, complexes et variées.
Bien que les glucides, les lipides, l’ADN et les protéines renferment d’autres atomes, c’est du carbone que nous devons l’infinie variété des molécules du vivant.
La chimie organique étudie les composés du carbone.
La matière vivante se compose principalement de carbone, d’oxygène, d’hydrogène et d’azote, ainsi que d’une petite quantité de soufre et de phosphore. À l’échelle moléculaire, la diversité biologique réside dans la capacité du carbone à produire une myriade de molécules aux formes et aux propriétés chimiques particulières.
On a déjà cru que les composés organiques ne pouvaient provenir que des êtres vivants (théorie de l’œuf et de la poule connue sous le nom de vitalisme), mais les chimistes ont remis en question cette doctrine quand ils ont réussi à synthétiser des composés organiques en laboratoire (expérience de Miller).
Les atomes de carbone peuvent former une grande variété de molécules en se liant à quatre autres atomes.
Grâce à sa capacité d’établir quatre liaisons covalentes, le carbone peut former des molécules très variées. Sa dernière couche électronique possédant 4 électrons (nombre d’oxydation égal à 4), il lui en faut 4 autres pour saturer cette couche. De ce fait, le carbone ne sera jamais un ion, et il ne pourra former que des liaisons covalentes. Il peut se lier à différents atomes, dont O, H et N. Les atomes de carbone peuvent également s’unir entre eux et former des chaînes ; c’est le cas dans les molécules organiques, dont ils forment le squelette.
Le squelette carboné des molécules organiques varie par sa longueur et par sa structure ; ses atomes de carbone peuvent former des liaisons avec des atomes d’autres éléments. Les hydrocarbures se composent uniquement de carbone et d’hydrogène.
Les isomères sont des composés possédant la même formule moléculaire, mais présentant une architecture différente et des propriétés distinctes. Il existe trois types d’isomères : les isomères de structure, les isomères cis-trans et les énantiomères. De ce fait, la diversité moléculaire augmente pour une même formule chimique.
Le fonctionnement des molécules biologiques repose sur quelques groupements chimiques.
Les groupements chimiques attachés aux chaînes de carbone des molécules organiques participent aux réactions chimiques (groupements fonctionnels) ou déterminent leurs fonctions en affectant la géométrie moléculaire.
L’ATP (ou adénosine triphosphate) est constituée de l’adénosine attachée à trois groupements phosphate. L’ATP peut réagir avec l’eau et former un phosphate inorganique et l’ADP (adénosine diphosphate). Cette réaction libère de l’énergie qui peut être utilisée par les cellules.
Bilan :
Le carbone, c’est la vie ! Un atome de carbone est polyvalent : il peut former des liaisons chimiques avec beaucoup d’atomes et donc former une infinité de molécules ; il voyage aussi bien dans l’air, dans l’eau que dans la lithosphère ; il est quantitativement important sur Terre, ce qui en fait l’atome idéal des molécules organiques.
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