Fiche de révision : Biochimie de l’eau et du pH

📋 Plan du Cours

1. Rôle biologique et répartition de l’eau
2. Propriétés thermiques de l’eau
3. Osmose, cohésion et capillarité
4. L’eau comme solvant
5. Acides, bases et pH
6. Solutions tampons et homéostasie
7. Conséquences des troubles du pH
8. pH et fonctions de la salive

📖 1. Rôle biologique et répartition de l’eau

★ À maîtriser

• L’eau est indispensable à toutes les fonctions vitales des êtres vivants et représente 60 % du poids total de l’organisme humain.

• Chez un homme moyen de 70 kg, l’eau corporelle se répartit ainsi:

  • 25 litres de liquide intracellulaire
  • 10 litres de liquide interstitiel
  • 5 litres de sang

• L’eau constitue le principal composant du plasma et du liquide interstitiel, transporte les nutriments vers les cellules et facilite l’élimination des déchets et des toxines par l’urine.

Compléments

• L’eau est à la fois le milieu de nombreuses réactions chimiques et un participant de ces réactions, notamment grâce à sa capacité à dissoudre les ions et les molécules polaires.

📖 2. Propriétés thermiques de l’eau

🔑 Notions clés & Définitions

• Chaleur spécifique : Quantité de chaleur nécessaire pour augmenter de 1 °C la température de 1 gramme d’une substance.

★ À maîtriser

• L’eau possède une chaleur spécifique élevée de 4,18 J/g·°C, ce qui lui permet d’absorber beaucoup de chaleur tout en limitant les variations de la température corporelle.

• La chaleur de vaporisation élevée de l’eau permet à l’évaporation de la sueur de retirer de la chaleur à la peau et aux tissus proches, refroidissant ainsi le corps.

Compléments

• L’eau bout à 100 °C à pression atmosphérique normale et reste donc liquide dans les conditions physiologiques, ce qui permet son rôle de transport et de thermorégulation.

• La bonne conduction thermique de l’eau permet au sang de distribuer la chaleur produite par les muscles, le foie et le cerveau dans l’ensemble de l’organisme.

💡 Astuce mémo

Chaleur absorbée → évaporation → température corporelle stabilisée

📖 3. Osmose, cohésion et capillarité

🔑 Notions clés & Définitions

• Osmose : Déplacement d’un solvant à travers une membrane semi-perméable par diffusion simple, sans dépense d’énergie.
• Tension superficielle : Propriété de la surface d’un liquide qui résulte de l’attraction entre molécules semblables et tend à réduire la surface à l’aire minimale.
• Capillarité : Capacité d’un liquide à monter ou descendre dans un espace étroit grâce à l’adhésion et à la tension superficielle, parfois contre la gravité.

📝 Points essentiels

📌 Une solution isotone a la même osmolarité que le cytosol, une solution hypertonique a une osmolarité supérieure et fait rétrécir la cellule, tandis qu’une solution hypotonique a une osmolarité inférieure et fait gonfler la cellule.

💡 Astuce mémo

Hypotonique : l’eau entre ; hypertonique : l’eau sort

📖 4. L’eau comme solvant

🔑 Notions clés & Définitions

• Eau amphotère : L’eau est amphotère parce qu’elle peut agir comme un acide ou comme une base.

★ À maîtriser

• La polarité et la constante diélectrique élevée de l’eau affaiblissent les attractions électrostatiques entre les ions, permettant la dissolution des sels par hydratation de leurs ions.

📌 Les molécules polaires et ioniques sont hydrophiles et se dissolvent dans l’eau, tandis que les molécules apolaires sont hydrophobes et ne peuvent pas établir avec l’eau des interactions énergétiquement favorables.

• Une molécule amphipathique possède une région hydrophile et une région hydrophobe ; les phospholipides membranaires ont une tête phosphate hydrophile et deux queues d’acides gras hydrophobes.

Compléments

• Dans une solution aqueuse, les molécules amphipathiques forment des micelles dont les groupes polaires sont exposés à l’eau et les parties apolaires regroupées à l’intérieur.

💡 Astuce mémo

Polaire et ionique : hydrophile ; apolaire : hydrophobe

📖 5. Acides, bases et pH

🔑 Notions clés & Définitions

• Acide de Brønsted-Lowry : Espèce chimique capable de céder un proton H⁺.
• Base de Brønsted-Lowry : Espèce chimique capable d’accepter un proton H⁺.

★ À maîtriser

📌 Un acide de Lewis accepte un doublet d’électrons, tandis qu’une base de Lewis cède un doublet d’électrons pour former une liaison covalente coordinée.

📐 Formule — Le pH est défini par la relation $pH=-\log[H^+]$ et le pOH par $pOH=-\log[OH^-]$.

• À 25 °C, une solution est acide si son pH est inférieur à 7, neutre si son pH est égal à 7 et basique si son pH est supérieur à 7 ; de plus, $pH+pOH=14$.

Compléments

• En 1909, le biochimiste danois Sören Sörensen a créé l’échelle de pH, comprise de 1 à 14, pour mesurer l’acidité.

💡 Astuce mémo

Brønsted-Lowry échange H⁺ ; Lewis échange un doublet électronique

📖 6. Solutions tampons et homéostasie

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution tampon : Constituée d’un acide faible et de sa base conjuguée, ou d’une base faible et de son acide conjugué, et capable d’amortir les petites variations de pH.

★ À maîtriser

📌 Un acide fort s’ionise complètement en solution aqueuse, tandis qu’un acide faible se dissocie peu et reste en équilibre avec sa base conjuguée.

• Les principaux tampons physiologiques sont: le phosphate intracellulaire, le bicarbonate extracellulaire sanguin, les acides aminés, les protéines, notamment l’hémoglobine et l’albumine

• Dans le tampon bicarbonate, H₂CO₃ est le donneur de protons et HCO₃⁻ est l’accepteur de protons, ce qui contribue au maintien du pH sanguin.

Compléments

• Une solution tampon possède une capacité maximale lorsque les concentrations de ses deux espèces sont proches et lorsque son pK est proche du pH de l’organisme, autour de 7.

• Dans le tampon phosphate, H₂PO₄⁻ est le donneur de protons et HPO₄²⁻ est l’accepteur de protons ; ce système maintient le pH intracellulaire entre 6,9 et 7,4.

📖 7. Conséquences des troubles du pH

🔑 Notions clés & Définitions

• Acidose : Processus qui entraînent une accumulation de H⁺ dans l’organisme.
• Alcalose : Processus qui entraînent une diminution de H⁺ dans l’organisme.

★ À maîtriser

📌 L’acidémie correspond à un pH sanguin inférieur à 7,35 et peut être causée par une production excessive d’acides, une perte de bases ou une insuffisance rénale d’excrétion des acides.

📌 L’alcalémie correspond à un pH sanguin supérieur à 7,45 et peut être causée par des vomissements prolongés ou une ingestion excessive de médicaments alcalins.

Compléments

• Dans le diabète sucré et les situations de jeûne, un pH inférieur à 7 peut déprimer le système nerveux central et conduire au coma puis à la mort.

• Une alcalémie non corrigée peut provoquer une surexcitation du système nerveux central, des spasmes musculaires, des convulsions et un arrêt respiratoire.

💡 Astuce mémo

Acidémie : pH sanguin < 7,35 ; alcalémie : pH sanguin > 7,45

📖 8. pH et fonctions de la salive

★ À maîtriser

• La salive est une sécrétion des glandes salivaires composée de 95 à 98 % d’eau et de 2 à 5 % de minéraux, électrolytes, hormones, enzymes et immunoglobulines.

• La salive exerce des fonctions protectrices, digestives et régulatrices en assurant l’action antibactérienne, la lubrification, le nettoyage, la cicatrisation, l’humidification des aliments, leur digestion partielle et le maintien du pH buccal.

• Le pH salivaire normal est compris entre 6,7 et 7,4, et dépend notamment de la concentration en bicarbonate et du débit salivaire.

📌 Le bicarbonate salivaire protège les dents parce que H₂CO₃ donne des protons pour neutraliser les bases et HCO₃⁻ accepte des protons pour neutraliser les acides.

• Un pH salivaire inférieur à 5,5 provoque la déminéralisation de l’émail, tandis qu’un pH de 3,5 entraîne une perte minérale qui initie la lésion carieuse.

Compléments

• Un débit salivaire très faible peut faire descendre le pH sous 5,5, tandis qu’un débit salivaire élevé peut l’augmenter jusqu’à 7-8.

• L’acidification de la salive favorise la stomatite, caractérisée par une inflammation et l’apparition de lésions ou de gonflements des lèvres, du palais, de la langue, des gencives ou des joues.

💡 Astuce mémo

Bicarbonate salivaire → neutralisation des acides → protection de l’émail

📊 Tableaux de synthèse

Effet de l’osmolarité sur la cellule