Fiche de révision : Eau et minéraux de l’organisme

📋 Plan du Cours

1. Structure et propriétés de l’atome
2. Éléments chimiques et classification périodique
3. Isotopes et radioactivité
4. Rayonnements ionisants et applications
5. Structure électronique et valence
6. Tampons et équilibre sanguin
7. Eau et répartition corporelle
8. Mouvements et régulation hydriques
9. Concentrations et tonicité
10. Éléments majeurs et azote
11. Macrominéraux et électrolytes
12. Oligoéléments essentiels
13. Oligoéléments toxiques

📖 1. Structure et propriétés de l’atome

🔑 Notions clés & Définitions

• Atome : Le plus petit élément indivisible de la matière.

★ À maîtriser

• Un atome est constitué d’un noyau et d’électrons chargés négativement.

• Le noyau atomique contient des nucléons : des protons chargés positivement et des neutrons non chargés.

• Un atome contient autant de protons que d’électrons et est donc électriquement neutre.

Compléments

• Le nombre de nucléons définit la masse de l’atome, tandis que le nuage électronique en définit le volume.

📖 2. Éléments chimiques et classification périodique

★ À maîtriser

• Le nombre de protons, appelé numéro atomique Z, détermine l’élément chimique.

Compléments

• Les symboles chimiques sont H pour l’hydrogène, Li pour le lithium, C pour le carbone, N pour l’azote, O pour l’oxygène, F pour le fluor, Na pour le sodium, Mg pour le magnésium, P pour le phosphore, S pour le soufre, Cl pour le chlore, K pour le potassium, Ca pour le calcium, Mn pour le manganèse, Fe pour le fer, Co pour le cobalt, Cu pour le cuivre, Zn pour le zinc, Ag pour l’argent, I pour l’iode, Au pour l’or, Hg pour le mercure et Pb pour le plomb.

• La classification périodique des éléments chimiques a été établie par le chimiste russe Dmitri Ivanovitch Mendeleïev en 1869.

• La classification périodique range les éléments par numéro atomique croissant et reflète leurs propriétés chimiques, liées au nombre d’électrons de la couche externe.

• Dans la classification périodique, une colonne ou un groupe possède le même nombre d’électrons sur la couche externe, et chaque nouvelle période correspond au remplissage d’une couche électronique supplémentaire.

• Le corps humain comporte 26 éléments chimiques différents, dont 11 éléments plastiques représentant plus de 99 % et 15 oligoéléments représentant moins de 1 %.

📖 3. Isotopes et radioactivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Isotope : Des nucléides qui ont le même nombre de protons (Z), mais un nombre différent de neutrons et donc des nombres de nucléons (A) différents.
• Période radioactive : La durée nécessaire pour que la moitié de ses atomes se soient désintégrés.
• Période radioactive : Durée nécessaire pour que la moitié des atomes radioactifs se soient désintégrés.
• Nucléide : Un atome particulier caractérisé par son nombre de protons et son nombre de neutrons.

★ À maîtriser

• Un radio-isotope, ou radionucléide, est un atome dont le noyau est instable et donc radioactif.

📌 Les isotopes stables ont un noyau stable, tandis que les isotopes radioactifs ont un noyau instable qui se désintègre.

• Les désintégrations radioactives présentées sont :
  • alpha
  • bêta moins
  • bêta plus
  • fission

Compléments

• La période du carbone 14 est de 5 730 ans et sert à la datation.

💡 Astuce mémo

Même nombre de protons, neutrons différents → isotope ; noyau instable → radioactivité.

📖 4. Rayonnements ionisants et applications

📝 Points essentiels

• La zone distingue les rayonnements électromagnétiques des rayonnements ionisants.

• Les applications médicales des rayonnements comprennent :

  • l’imagerie
  • le TEP-scan
  • les utilisations thérapeutiques

📖 5. Structure électronique et valence

🔑 Notions clés & Définitions

• Base conjuguée : La base conjuguée d’un acide est l’espèce produite lorsque cet acide perd un proton H⁺ et capable de capter un proton.

★ À maîtriser

• Plus un atome est électronégatif, plus il attire les électrons.

• Plus la couche de valence est saturée, plus elle est stable.

• Le pH d’une solution aqueuse rend compte de sa teneur en ions oxonium H₃O⁺ et donc de son caractère acide ou basique.

📐 Formule - Le pH vérifie $\mathrm{pH}=-\log[\mathrm{H_3O^+}]$.

• À 25 °C, le pH de l’eau pure est égal à 7 ; une solution est neutre à pH 7, acide à pH inférieur à 7 et basique à pH supérieur à 7.

• Plus le pKa est faible, plus l’acide est dissocié.

📌 Un acide fort est complètement dissocié en solution aqueuse et correspond à un acide dont le pKa est inférieur à 0, tandis qu’un acide faible est partiellement dissocié et correspond à un pKa supérieur à 0.

Compléments

• Plus un électron est éloigné du noyau, plus il peut partir.

• Les couples acide/base cités sont NH₄⁺/NH₃ (ion ammonium/ammoniaque) et H₂O/OH⁻ (eau/ion hydroxyde).

• La constante d’acidité Ka mesure la force de la forme acide d’un couple et correspond à la constante d’équilibre de la réaction de l’acide avec l’eau à 25 °C.

📐 Formule - Le pKa est défini par $\mathrm{p}K_a=-\log(K_a)$.

💡 Astuce mémo

Couche de valence saturée → stabilité accrue.

📖 6. Tampons et équilibre sanguin

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution tampon : Une solution tampon est un mélange contenant une quantité appréciable d’un acide et de sa base conjuguée, dont le pH varie peu et qui s’oppose aux variations de pH.

★ À maîtriser

• Le tampon physiologique majeur du sang est le mélange du couple acide carbonique/bicarbonate, qui contribue à maintenir le pH sanguin entre 7,35 et 7,45.

• Le pH normal du sang artériel est de 7,40 ± 0,02 ; un pH inférieur à 7,38 correspond à une acidose et un pH supérieur à 7,42 à une alcalose.

Compléments

• L’anhydrase carbonique accélère la réaction réversible entre le dioxyde de carbone dissous, l’eau, l’acide carbonique, le bicarbonate et les ions H⁺, avec formation possible de CO₃²⁻ et de H⁺.

• Les reins et les poumons régulent l’équilibre acido-basique.

💡 Astuce mémo

Tampon bicarbonate → stabilité du pH sanguin

📖 7. Eau et répartition corporelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Ampholyte : Un ampholyte, ou une espèce amphotère, peut se comporter à la fois comme un acide et comme une base ; l’eau est un ampholyte.

★ À maîtriser

📌 L’eau est une base dont l’acide conjugué est H₃O⁺ dans le couple H₃O⁺/H₂O, et un acide dont la base conjuguée est OH⁻ dans le couple H₂O/OH⁻.

• Chez l’adulte, l’eau représente environ 65 % du poids corporel ; pour une personne de 70 kg, cela correspond à environ 45 litres d’eau, dont 4,5 litres dans le sang.

• Les substances hydrophiles se dissolvent dans l’eau, tandis que les substances hydrophobes ne s’y dissolvent pas.

Compléments

• Le bicarbonate HCO₃⁻ est une espèce amphotère, capable de se comporter à la fois comme un acide et comme une base.

• En solution aqueuse, un proton H⁺ ne voyage pas seul et se lie à une molécule d’eau pour former l’ion oxonium H₃O⁺.

• Les non-électrolytes se dissolvent dans l’eau en restant intacts, tandis que les électrolytes s’y dissolvent et se dissocient.

• Les molécules amphipathiques ont une extrémité polaire qui se dissout dans l’eau et une extrémité non polaire qui en est repoussée ; elles forment des barrières chimiques comme les membranes plasmiques et les micelles.

• L’eau contribue à la régulation de la température corporelle grâce à son inertie thermique et à sa chaleur de vaporisation élevées.

💡 Astuce mémo

Hydrophile se dissout, hydrophobe est repoussé

📖 8. Mouvements et régulation hydriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Osmose : L’osmose est le mouvement de l’eau à travers une membrane semi-perméable, perméable au seul solvant, du compartiment le moins concentré en particules dissoutes vers le compartiment le plus concentré.
• Pression osmotique : La pression osmotique correspond au passage d’un solvant à travers une membrane semi-perméable séparant deux solutions de concentrations différentes en substances dissoutes, afin d’égaliser les concentrations des solutés ; elle s’évalue par la force nécessaire pour empêcher ce passage.
• Pression hydrostatique : La pression hydrostatique est la pression mécanique exercée par un liquide, comme le sang, sur la surface d’un corps immergé ou sur une structure qui le contient.

• Pression oncotique : La pression oncotique est liée au passage d’un solvant à travers une membrane séparant deux solutions de concentrations différentes en grosses molécules, notamment les protéines.

★ À maîtriser

• La quantité d’eau de l’organisme dépend d’un équilibre régulé entre les apports et les pertes d’eau.

Compléments

• Les apports et pertes d’eau comprennent : les entrées exogènes, l’eau fabriquée dans l’organisme par des réactions chimiques, la respiration, la perspiration, l’urine, les selles

📖 9. Concentrations et tonicité

🔑 Notions clés & Définitions

• Tonicité : La tonicité décrit la capacité d’une solution à modifier le volume d’eau interne de la cellule.
• Solution hypotonique : Solution dont l’osmolarité est inférieure à 285 mOsm/L et qui provoque une entrée d’eau dans la cellule, laquelle augmente de volume.
• Solution hypertonique : Solution dont l’osmolarité est supérieure à 285 mOsm/L et qui provoque une sortie d’eau de la cellule, laquelle diminue de volume.
• Osmole : L’osmole est une unité qui mesure le nombre de particules présentes dans un volume de solution, notamment lorsqu’une molécule se dissocie en solution.
• Solution isotonique : Une solution isotonique au milieu intracellulaire contient la même concentration d’espèces osmotiquement actives que la cellule et ne provoque pas de mouvement d’eau.

★ À maîtriser

📌 L’osmolarité mesure le nombre d’osmoles par litre de solution et est plus facile à mesurer, tandis que l’osmolalité mesure le nombre d’osmoles par kilogramme d’eau et est plus exacte.

• Les protéines plasmatiques produisent la pression oncotique, et leur manque dans le sang favorise le passage de l’eau vers l’interstitium et la formation d’œdèmes.

Compléments

• La concentration d’une solution exprime la quantité de soluté dissoute dans un volume de solution et peut notamment s’exprimer en masse par volume, comme en g/L, ou en pourcentage masse/volume, correspondant aux grammes de soluté présents dans 100 ml de solution.

• Une solution de glucose à 1 mmol/L a une osmolarité de 1 mOsm/L, une solution de NaCl à 1 mmol/L a une osmolarité de 2 mOsm/L et une solution de CaCl₂ à 1 mmol/L a une osmolarité de 3 mOsm/L.

• Une solution de NaCl à 9 g/L est isotonique au sang.

💡 Astuce mémo

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

📖 10. Éléments majeurs et azote

★ À maîtriser

• L’être humain doit obtenir par l’alimentation les protéines nécessaires à ses apports en azote, car il ne sait pas métaboliser directement NH₄⁺.

• L’azote est éliminé principalement sous forme d’urée et d’acide urique.

• L’acide urique et l’urate proviennent de la dégradation des bases puriques de l’ADN et de l’ARN ; si cette dégradation dépasse un seuil ou si l’excrétion d’urate est insuffisante, l’acide urique augmente et peut précipiter dans les articulations, provoquant une crise de goutte inflammatoire.

Compléments

• Les dérivés réactifs de l’oxygène cités sont :

  • le radical superoxyde O₂⁻
  • le peroxyde d’hydrogène H₂O₂
  • le radical hydroxyle HO
  • • les hydroperoxydes R-OO-H

• Les dérivés réactifs de l’oxygène peuvent altérer les lipides membranaires, les protéines et l’ADN, contribuant au stress oxydatif, à l’athérogenèse, à l’inflammation et au vieillissement.

• Les protections citées contre les dérivés réactifs de l’oxygène sont :

  • les vitamines C et E
  • les caroténoïdes
  • la superoxyde dismutase (SOD)
  • la glutathion peroxydase (GPx)

• Les composés organiques ont pour une grande part un squelette carboné, et leur oxydation ultime génère du dioxyde de carbone CO₂.

• L’azote se trouve dans la fonction amine des acides aminés et dans les bases des acides nucléiques ADN et ARN.

• L’azote des acides aminés alimentaires contribue à la synthèse de nouveaux acides aminés par transamination avec la vitamine B6 et à la fabrication des bases azotées des acides nucléiques.

• Le couple acide urique/urate a un pKa de 5,4, et l’équilibre entre entrées et sorties d’azote constitue la balance azotée.

💡 Astuce mémo

Dégradation des purines → hausse de l’acide urique → goutte.

📖 11. Macrominéraux et électrolytes

★ À maîtriser

• Le sodium et le chlore sont les principaux ions extracellulaires et participent à l’équilibre osmotique cellulaire, au cotransport transmembranaire de certaines molécules et à l’équilibre du potentiel de membrane.

• La concentration plasmatique de sodium, appelée natrémie, reflète le degré d’hydratation des cellules et est régulée principalement par la soif et la vasopressine (ADH), produite par l’hypothalamus et libérée par la neurohypophyse.

• La pompe Na⁺/K⁺-ATPase expulse 3 Na⁺ et fait entrer 2 K⁺.

📌 Le potassium ne doit jamais être injecté en intraveineuse directe ni sans dilution.

Compléments

• La diarrhée peut entraîner un déficit en sodium et une déshydratation.

• Le chlore contribue à l’équilibre acido-basique du sang, et un déficit en chlore dû à des vomissements d’HCl gastrique peut provoquer une alcalose métabolique.

• Le potassium est le principal cation intracellulaire et intervient dans l’équilibre osmotique ainsi que dans la contraction des muscles squelettiques et cardiaques.

• Le calcium est presque entièrement localisé dans les os et les dents, et le capital osseux se constitue jusqu’à l’âge de 20 ans.

• Environ 65 % du magnésium se trouve dans :

  • les os

  • le magnésium est plutôt intracellulaire

  • forme un complexe avec l’ATP

  • intervient dans la contraction musculaire

• Une carence en magnésium peut provoquer des troubles neuromusculaires allant jusqu’à la tétanie.

• Le phosphate participe à la structure osseuse sous forme d’hydroxyapatite associant calcium et phosphore, et entre dans la structure de molécules comme l’ATP.

• L’ionogramme sanguin comprend la natrémie, la kaliémie, la chlorémie et les mesures du bicarbonate, du calcium, du magnésium et du phosphore.

• Chez un homme de 70 kg, l’eau corporelle totale est de 42 L, répartie en 28 L dans le secteur intracellulaire et 14 L dans le secteur extracellulaire.

• Dans cet exemple, le secteur extracellulaire comprend 11,2 L de secteur interstitiel et 2,8 L de secteur plasmatique, et la volémie est de 4,6 L.

• Les valeurs indiquées sont :

  • sodium : 138 à 145 mmol/L
  • potassium : 3,7 à 5 mmol/L
  • calcium : 2,2 à 2,6 mmol/L
  • magnésium : 0,7 à 1,2 mmol/L
  • chlore : 95 à 106 mmol/L
  • bicarbonate : 20 à 29 mmol/L
  • phosphate : 0,8 à 1,45 mmol/L

📖 12. Oligoéléments essentiels

★ À maîtriser

• Les oligoéléments essentiels cités sont :

  • le fer
  • le zinc
  • le cuivre
  • l’iode
  • le sélénium
  • le molybdène
  • le chrome

• Le fer intervient dans le transport sanguin de l’oxygène par l’hémoglobine, son stockage musculaire par la myoglobine et le transport des électrons dans la membrane interne des mitochondries.

Compléments

• Le corps contient 2,5 à 4 g de fer stockés dans le foie, la moelle osseuse et la rate.

• Les besoins en fer indiqués sont de 9 à 15 mg par jour et augmentent chez la femme enceinte.

• La ferrotransférine, aussi appelée sidérophiline, transporte le fer, tandis que la ferritine le stocke.

• Une carence martiale peut entraîner : une anémie ferriprive, des altérations des muqueuses buccale et œsophagienne, des céphalées, une asthénie

• Le corps contient 10 à 20 mg d’iode, qui participe à la formation des hormones thyroïdiennes T3 et T4, comportant respectivement 3 ou 4 atomes d’iode liés à une structure organique.

• Une carence en iode peut provoquer :

  • un goitre
  • une difficulté à téter
  • une constipation
  • des troubles de croissance
  • le crétinisme

• Le fer et le zinc participent au système immunitaire ; le cuivre, le zinc, le manganèse et le sélénium interviennent contre les espèces oxygénées réactives et le stress oxydatif.

• L’iode intervient dans les hormones thyroïdiennes, le zinc dans l’insuline et les récepteurs aux hormones stéroïdiennes, le fluor dans la structure des os et des dents, et le silicium dans celle du collagène.

📖 13. Oligoéléments toxiques

📝 Points essentiels

• Les oligoéléments potentiellement toxiques cités et leurs risques sont : l’arsenic, hautement toxique et difficilement détectable, le plomb, dont l’intoxication cause le saturnisme et des troubles neurologiques, le mercure, dont les vapeurs ou les composés peuvent provoquer une intoxication