Nutriments et vitalité

Des nutriments ou constituants de l'organisme humain.

Dans le cadre des Sciences physiques et de la chimie, de nombreux phénomènes naturels sont décrits à l'aide de LOIS (pour mieux comprendre ce qu'est une loi en physique ou chimie voir →Les LOIS physiques).

Pour simplifier on peut dire que les constituants de l'organisme humain et les nutriments sont des "assemblages" d'éléments chimiques (en bas de page une explication sur l'origine de ces éléments chimiques). Ainsi la chimie décrit de nombreux phénomènes du vivant (biochimie) : importance de l'eau, du dioxygène, du carbone (le carbone, de symbole C, forme notamment de longues chaînes et des cycles qui sont fréquents dans les organismes vivants), de l'azote et du phosphore, existence de nombreuses structures microscopiques constituées uniquement de quelques éléments chimiques différents, ...

Lors de la nutrition, des nutriments sont absorbés par l’organisme humain, qui en dépend pour assurer son fonctionnement et son métabolisme. Il est important de noter que l’organisme perd de nombreux éléments chimiques à travers différents processus d’élimination, et que certains nutriments, comme les acides aminés essentiels ou les acides gras essentiels, ne peuvent pas être fabriqués par le corps et doivent donc être apportés par l’alimentation.

Dans cette page nous donnons quelques exemples de molécules de la vie ou de l'organisme humain avec les éléments chimiques constituant ces molécules et des aspects de leurs structures géométriques. Les représentations de chimie données ci-dessous (à droite) sont appelées représentations de Lewis (elles utilisent des lettres, chaque lettre symbolise un élément chimique) ou dérivent de représentations de Lewis, plus rarement on utilise des modèles compacts (boules colorées).

L'EAU est fondamentale pour la vie et l'organisme humain, notamment l'eau permet de nombreux échanges intérieurs et extérieurs au corps, le pourcentage d’eau en masse dans le corps humain est d’environ 60 % et dépend notamment de l’âge et du sexe, enfin certains organes comme les poumons, les muscles et le cerveau contiennent plus de 75 % d’eau, de même pour le sang. L'hydratation correcte est importante pour la vitalité et le bien-être. La formule chimique de l'eau est H₂O, l'eau contient donc de l'hydrogène (symbole H) le plus ancien élément chimique de l'univers.

Le DIOXYGÈNE qui est un des constituant principaux de l'air est aussi fondamental pour l'organisme humain notamment pour la respiration des cellules qui fournit de l'énergie à chaque cellule. La formule chimique du dioxygène est O₂ (ou encore O=O, on l'appelle parfois "oxygène" dans le langage courant mais il est formé de deux atomes d'oxygène liés par une double liaison symbolisée par les deux traits parallèles = entre les oxygènes).

Les ACIDES AMINÉS sont des molécules importantes du vivant (on dénombre environ 20 acides aminés importants pour la vie), l'enchaînement d'un grand nombre d'acides aminés donne les protéines. Lors de la digestion humaine les protéines sont fragmentées en molécules plus petites notamment en acides aminés.

Un acide aminé important est la glycine, elle contient l'élément carbone (de symbole C) et l'élément azote (de symbole N).

Dans la tyrosine existe aussi un cycle hexagonal à six carbones, ce cycle est caractérisé par une bonne stabilité énergétique.

Note : un cycle hexagonal à six carbones avec alternance de doubles liaisons C=C et simples liaisons C-C (évoqué ci-dessus) mais lié uniquement à des hydrogènes H est une molécule appelée benzène dont la formule chimique est C₆H₆, cette molécule est toxique pour l'être humain, on la trouve notamment dans la fumée de cigarette.

Les ACIDES GRAS sont importants dans les organismes vivants, leur solubilité dans l'eau et leur structure caractérisée par une extrémité hydrophile et une extrémité lipophile (hydrophobe) conduit à la formation de structures telles les micelles et membranes bicouches, ces associations sont importantes pour comprendre le vivant notamment les membranes de cellules.

Les acides gras oméga-3, sont des acides gras polyinsaturés (existence de plusieurs liaisons C=C dans la chaîne carbonée) importants pour la vitalité.

Le schéma ci-contre montre quelques exemples d'acides gras (les deux acides gras du dessus sont saturés car la chaîne carbonée ne contient que des liaisons C-C) et de structures qu'ils forment.

Le GLUCOSE (un sucre) : le glucose de formule chimique C₆H₁₂O₆ est nécessaire au métabolisme de chaque cellule humaine (il se transforme en présence de dioxygène lors de la respiration cellulaire en donnant de l'énergie). Il existe plusieurs formes de glucose, notamment il existe une forme "linéaire" (aldéhyde) et une forme cyclique (la flèche rouge du schéma est relative au passage de la forme aldéhyde à la forme cyclique). Les schémas du D-Glucose et L-Glucose sont des représentations de Fischer qui permettent de connaître la géométrie de ces deux molécules (disposition dans l'espace des éléments chimiques) : ces deux molécules de glucose ne sont pas superposables (donc différentes) et images l'une de l'autre dans un miroir (voir chiralité et nomenclature R et S).

La structure géométrique des molécules en biologie est importante, considérons par exemple les molécules chirales du vivant : une molécule chirale n'est pas superposable à son image dans un miroir (les mains d'un humain qui sont images l'une de l'autre dans un miroir sont chirales) et pour chaque molécules chirale du vivant une seule forme chirale sur les deux molécules est dominante.

Dans les plantes de nombreuses cellules fabriquent du glucose lors de la photosynthèse en utilisant la lumière, l'eau et le dioxyde de carbone, avec production de dioxygène (O₂) :

6 H₂O + 6 CO₂ + lumière → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂.

Les VITAMINES sont importantes pour le métabolisme humain, des manques ou excès de vitamines dans l'organisme sont associés à des problèmes de vitalité affectant l'organisme. Exemples de vitamines :

D'où viennent les éléments chimiques (l'hydrogène H, l'oxygène O, le carbone C, l'azote N, etc) constituant l'organisme humain et les nutriments ? Pour l'expliquer brièvement et de manière simplifiée, il faut remonter à l'époque où l'Univers n'était qu'un vaste corps homogène principalement formé d'Hydrogène et d'Hélium (un état extrêmement "dissocié" des éléments chimiques par rapport à leur état actuel) : ce corps se transforma graduellement notamment en étoiles (contenant de l'Hydrogène très chaud et comprimé) et ces étoiles fabriquèrent les éléments chimiques, principalement par phénomènes "d'agglutinations" (transformations nucléaires comme la fusion). Les éléments chimiques les plus légers (en fait leurs noyaux) comme le carbone et l'oxygène se sont formés d'abord dans les étoiles au cours de leurs vies. Ensuite des étoiles à la fin de leurs vies (lors de leurs explosions en supernovae) fabriquèrent les autres éléments chimiques plus lourds et dispersèrent tous les éléments chimiques qui allaient constituer, plus tard, les planètes puis les éventuels organismes vivants qui s'y développèrent.