54 première partie La chimie de la vie
l’eau n’est pas un solvant universel ; autrement, nous ne
pourrions l’entreposer dans aucun récipient, pas même dans
nos cellules. Il reste que c’est un solvant très polyvalent grâce
à la polarité de ses molécules.
Supposons, par exemple, que nous placions dans l’eau une
cuillerée de sel de table, le chlorure de sodium (NaCl), un
composé ionique (figure 3.7). Les ions sodium et chlorure
qui se trouvent à la surface de chaque grain, ou cristal, sont
exposés au solvant. Ces ions ainsi que les molécules d’eau
ont une affinité mutuelle par suite de l’attraction entre des
charges opposées. Le pôle négatif de l’atome d’oxygène des
molécules d’eau s’associe aux cations sodium, tandis que le
pôle positif des atomes d’hydrogène subit l’attraction des
anions chlorure. Résultat : les molécules d’eau entourent
chacun des ions sodium et chlorure, les séparant les uns des
autres et formant un écran entre eux. L’enveloppe de molécules d’eau qui entoure chaque ion dissous s’appelle couche
d’hydratation. L’eau pénètre petit à petit à l’intérieur de
chaque cristal de sel et finit par dissoudre tous les ions. La
solution qui en résulte est formée de deux solutés, les cations
sodium et les anions chlorure, mélangés de façon homogène
avec l’eau, le solvant. D’autres composés ioniques sont solubles
dans l’eau. L’eau de mer, par exemple, contient une grande
variété d’ions en solution, à l’instar des cellules vivantes.
Un composé n’a pas besoin d’être ionique pour se dissoudre
dans l’eau ; beaucoup de composés formés de molécules
polaires, comme les glucides, sont aussi hydrosolubles. Ils
se dissolvent quand les molécules d’eau entourent chacune de
leurs molécules, en établissant avec elles des liaisons hydrogène. Même les grosses molécules, comme certaines protéines,
peuvent se dissoudre dans l’eau si leur surface présente des
régions ioniques et polaires (figure 3.8). De nombreux types
de composés polaires se dissolvent (en même temps que des
ions) dans l’eau contenue dans le sang, la sève ou le liquide
intracellulaire, ce qui fait de l’eau un excellent agent de transport entre les différentes parties d’un organisme. L’eau est le
solvant fondamental de la vie.
Les substances hydrophiles
et les substances hydrophobes
Toute substance ayant une affinité avec l’eau est dite hydrophile (du grec hudôr, « eau », et philos, « qui aime »). Certaines
molécules sont hydrophiles sans pour autant se dissoudre.
Par exemple, certaines molécules des cellules sont très volumineuses, de sorte qu’elles ne se dissolvent pas. Elles demeurent
plutôt en suspension dans le liquide cellulaire aqueux. Un tel
mélange constitue un exemple de colloïde, une suspension
stable de fines particules dans un liquide. Le coton, un produit végétal, est également une substance hydrophile qui ne
se dissout pas. Constitué de molécules géantes de cellulose,
ce composé comporte de nombreuses régions de charges partielles positives et négatives qui peuvent former des liaisons
hydrogène avec l’eau. L’eau adhère aux fibres de cellulose.
C’est pourquoi une serviette de coton fait très bien l’affaire
pour se sécher après la douche, sans pour autant se dissoudre
dans la machine à laver. La cellulose est aussi un composant
de la paroi des cellules conductrices des plantes où l’eau circule ;
nous avons vu au début du chapitre que l’eau adhère à ces
parois hydrophiles et que cette propriété facilite son transport.
Évidemment, il existe des substances qui n’ont aucune
affinité avec l’eau. En fait, celles qui ne sont ni ioniques ni
polaires (ou encore qui ne peuvent pas former de liaisons
hydrogène) semblent la repousser ; elles sont dites hydrophobes (du grec phobos, « qui craint »). C’est le cas de l’huile,
qu’il est impossible de mélanger à l’eau. Le comportement
hydrophobe des molécules d’huile résulte de la prédo minance des liaisons covalentes très peu polaires unissant le carbone et l’hydrogène, qui se répartissent les électrons presque
Une charge
partielle positive
sur la molécule
de lysozyme attire
cet oxygène.
Une charge
partielle négative
sur la molécule
de lysozyme attire
cet hydrogène.
δ–
δ+
δ+
δ–
m Figure 3.8 Une protéine hydrosoluble. Le lysozyme humain est
une protéine présente dans les larmes et la salive et qui possède une activité antibactérienne. Ce modèle illustre une molécule de lysozyme (violet)
dans un milieu aqueux. Les régions ioniques et polaires à la surface d’une
protéine attirent les molécules d’eau.
m Figure 3.7 Des cristaux de sel se dissolvant dans l’eau.
Une enveloppe de molécules d’eau que l’on appelle couche d’hydratation
entoure chaque ion du soluté.
et sI ?
Qu’arriverait-il si l’on chauffait cette solution pendant
longtemps ?
<
<
<
<
<
<
<
Na
Na
<
<
Cl <
Cl <
<
<
Les atomes
d’oxygène de charge
partielle négative
subissent l’attraction
des cations
sodium (Na ).
Les atomes
d’hydrogène
de charge partielle
positive subissent
l’attraction des
anions chlorure (Cl < ).
l’eau n’est pas un solvant universel ; autrement, nous ne
pourrions l’entreposer dans aucun récipient, pas même dans
nos cellules. Il reste que c’est un solvant très polyvalent grâce
à la polarité de ses molécules.
Supposons, par exemple, que nous placions dans l’eau une
cuillerée de sel de table, le chlorure de sodium (NaCl), un
composé ionique (figure 3.7). Les ions sodium et chlorure
qui se trouvent à la surface de chaque grain, ou cristal, sont
exposés au solvant. Ces ions ainsi que les molécules d’eau
ont une affinité mutuelle par suite de l’attraction entre des
charges opposées. Le pôle négatif de l’atome d’oxygène des
molécules d’eau s’associe aux cations sodium, tandis que le
pôle positif des atomes d’hydrogène subit l’attraction des
anions chlorure. Résultat : les molécules d’eau entourent
chacun des ions sodium et chlorure, les séparant les uns des
autres et formant un écran entre eux. L’enveloppe de molécules d’eau qui entoure chaque ion dissous s’appelle couche
d’hydratation. L’eau pénètre petit à petit à l’intérieur de
chaque cristal de sel et finit par dissoudre tous les ions. La
solution qui en résulte est formée de deux solutés, les cations
sodium et les anions chlorure, mélangés de façon homogène
avec l’eau, le solvant. D’autres composés ioniques sont solubles
dans l’eau. L’eau de mer, par exemple, contient une grande
variété d’ions en solution, à l’instar des cellules vivantes.
Un composé n’a pas besoin d’être ionique pour se dissoudre
dans l’eau ; beaucoup de composés formés de molécules
polaires, comme les glucides, sont aussi hydrosolubles. Ils
se dissolvent quand les molécules d’eau entourent chacune de
leurs molécules, en établissant avec elles des liaisons hydrogène. Même les grosses molécules, comme certaines protéines,
peuvent se dissoudre dans l’eau si leur surface présente des
régions ioniques et polaires (figure 3.8). De nombreux types
de composés polaires se dissolvent (en même temps que des
ions) dans l’eau contenue dans le sang, la sève ou le liquide
intracellulaire, ce qui fait de l’eau un excellent agent de transport entre les différentes parties d’un organisme. L’eau est le
solvant fondamental de la vie.
Les substances hydrophiles
et les substances hydrophobes
Toute substance ayant une affinité avec l’eau est dite hydrophile (du grec hudôr, « eau », et philos, « qui aime »). Certaines
molécules sont hydrophiles sans pour autant se dissoudre.
Par exemple, certaines molécules des cellules sont très volumineuses, de sorte qu’elles ne se dissolvent pas. Elles demeurent
plutôt en suspension dans le liquide cellulaire aqueux. Un tel
mélange constitue un exemple de colloïde, une suspension
stable de fines particules dans un liquide. Le coton, un produit végétal, est également une substance hydrophile qui ne
se dissout pas. Constitué de molécules géantes de cellulose,
ce composé comporte de nombreuses régions de charges partielles positives et négatives qui peuvent former des liaisons
hydrogène avec l’eau. L’eau adhère aux fibres de cellulose.
C’est pourquoi une serviette de coton fait très bien l’affaire
pour se sécher après la douche, sans pour autant se dissoudre
dans la machine à laver. La cellulose est aussi un composant
de la paroi des cellules conductrices des plantes où l’eau circule ;
nous avons vu au début du chapitre que l’eau adhère à ces
parois hydrophiles et que cette propriété facilite son transport.
Évidemment, il existe des substances qui n’ont aucune
affinité avec l’eau. En fait, celles qui ne sont ni ioniques ni
polaires (ou encore qui ne peuvent pas former de liaisons
hydrogène) semblent la repousser ; elles sont dites hydrophobes (du grec phobos, « qui craint »). C’est le cas de l’huile,
qu’il est impossible de mélanger à l’eau. Le comportement
hydrophobe des molécules d’huile résulte de la prédo minance des liaisons covalentes très peu polaires unissant le carbone et l’hydrogène, qui se répartissent les électrons presque
Une charge
partielle positive
sur la molécule
de lysozyme attire
cet oxygène.
Une charge
partielle négative
sur la molécule
de lysozyme attire
cet hydrogène.
δ–
δ+
δ+
δ–
m Figure 3.8 Une protéine hydrosoluble. Le lysozyme humain est
une protéine présente dans les larmes et la salive et qui possède une activité antibactérienne. Ce modèle illustre une molécule de lysozyme (violet)
dans un milieu aqueux. Les régions ioniques et polaires à la surface d’une
protéine attirent les molécules d’eau.
m Figure 3.7 Des cristaux de sel se dissolvant dans l’eau.
Une enveloppe de molécules d’eau que l’on appelle couche d’hydratation
entoure chaque ion du soluté.
et sI ?
Qu’arriverait-il si l’on chauffait cette solution pendant
longtemps ?
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Na
Na
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Cl <
Cl <
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Les atomes
d’oxygène de charge
partielle négative
subissent l’attraction
des cations
sodium (Na ).
Les atomes
d’hydrogène
de charge partielle
positive subissent
l’attraction des
anions chlorure (Cl < ).